逆变器供电感应电机传动系统的自激振荡问题研究

摘要

由电压源逆变器和感应电动机组成的交流变频调速系统在空载或轻载条件下运行时,一些频段上(例如20Hz～30Hz)很容易发生一种自激振荡现象。这种现象不仅会引起有害的机械振动,而且使电机电流大幅振荡,转速波动严重,缩短了电机和其他电气设备的使用寿命,大大影响了系统的控制精度和可靠性。随着交流传动技术的不断完善,为进一步提高系统性能,如何分析自激振荡现象以及很好地解决该问题成为人们的研究目标。 本文首先介绍了三相异步电动机的数学模型,并建立了考虑主磁路饱和的异步电动机数学模型。其次,详细分析了感应电机、逆变器参数变化等对系统自激振荡的影响以及死区效应对逆变器输出电压和电流的影响,同时也分析了二相调制方式下死区效应对无功能量回馈的影响。从异步电机机械特性和功率传输平衡两个方面分析了自激振荡机理,揭示了感应电机自身的固有因素是自激振荡的根源,肯定了死区效应是系统自激振荡最重要的激励源,指出了磁饱和程度对于振荡发生有着重要影响。最后,为了抑制系统自激振荡,重点研究分析了基于相电流检测调节频率或电压指令抑制振荡的三种方案。 本文对三种振荡抑制方案进行了仿真和实验研究,结果表明,三种方案抑制振荡效果良好,且不受电机、逆变器等参数变化的影响,可以方便地应用于现有变频调速系统中。

目录

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声明

1绪论

1.1引言

1.1.1变频调速发展概况

1.1.2课题背景

1.2本课题研究的目的及意义

1.3本课题研究的主要内容

2三相异步电动机的数学模型

2.1忽略磁路饱和异步电机的数学模型

2.1.1三相静止坐标系上的数学模型

2.1.2坐标变换矩阵

2.1.3两相静止坐标系上的数学模型

2.1.4两相同步旋转坐标系上的数学模型

2.2考虑主磁路饱和异步电动机的数学模型

2.3本章小结

3电压源逆变器-感应电动机传动系统自激振荡的主要影响因素

3.1电机参数对自激振荡的影响

3.1.1定子电阻对振荡的影响

3.1.2定子漏感对振荡的影响

3.1.3转动惯量对振荡的影响

3.1.4互感对振荡的影响

3.1.5转子漏感对振荡的影响

3.2逆变器参数对自激振荡的影响

3.2.1死区时间对自激振荡的影响

3.2.2载波频率对自激振荡的影响

3.3其他因素对自激振荡的影响

3.3.1给定频率对振荡的影响

3.3.2负载对振荡的影响

3.4本章小结

4系统自激振荡的机理分析

4.1死区效应及其影响

4.2基于电机固有不稳定性的振荡机理分析

4.3基于功率平衡的振荡机理分析

4.4本章小结

5系统自激振荡的抑制方法

5.1死区补偿抑制振荡

5.1.1直接检测电流过零点的方法

5.1.2基于定子电压矢量定向的死区补偿方法

5.2电机参数控制法抑制振荡

5.3基于母线电流检测的振荡抑制方法

5.4基于相电流检测的振荡抑制方法

5.4.1方案1：基于转矩电流分量的调节频率指令法

5.4.2方案2：基于合成电流的调节频率指令法

5.4.3方案3：基于合成电流的调节电压指令法

5.5本章小结

6 自激振荡抑制方法的仿真与实验

6.1系统仿真模型的建立

6.2实验平台简介

6.3基于转矩电流分量的调节频率指令法仿真与实验

6.4基于合成电流的调节频率指令法仿真与实验

6.5基于合成电流的调节电压指令法仿真与实验

6.6本章小结

7结论

7.1全文总结

7.2下一步工作展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文及完成项目情况