大功率异步电动机串级调速系统控制策略研究

摘要

我国能源资源不足，节能无论对国民经济的发展，还是对环境的保护都具有重大的意义。串级调速技术作为转子侧控制的一种高效、节能的控制方案，以经济可靠、结构简单、成本较低等优点为人们所熟知，尤其在风机和水泵等节能潜力巨大的大功率负载中，串级调速调速装置得到了较为广泛的应用。但传统的晶闸管串级调速系统的缺点，如较低的功率因数、较大的谐波含量等，限制了串级调速系统的进一步推广和应用。本文重点介绍了两种改进的串级调速系统，即电压型PWM串级调速系统和电流型PWM串级调速系统，它们通过对逆变器输出的幅值和相位同时进行控制，克服了以往串级调速技术的缺点，具有良好的性能。
　　首先，本文对电压型PWM串级调速系统的工作原理进行了详细分析，分别为斩波器和PWM逆变器设计了控制策略。由于电压型有源逆变器在dq同步旋转坐标系下的数学模型具有耦合性和非线性等特点，设计了基于状态反馈解耦附加PI控制和基于状态反馈精确线性化解耦附加变结构控制两种控制方法。在Matlab/simulink软件中搭建了基于这两种控制策略的仿真模型，结果表明，无论哪种控制策略都能在实现调速目的的同时，提高功率因数和减少谐波成分。
　　其次，在串级调速系统中，转子电流通过建立自己的磁场，会在电机定子侧感应出相应的非工频电流分量，本文详细介绍了定子侧感应电流的频率，使用基于瞬时无功功率理论的有源滤波技术来消除系统中出现的频率可变的谐波或间谐波问题。经仿真验证，该控制方法正确有效，能达到理想的效果。
　　最后，本文研究了另外一种串级调速控制方案，即电流型PWM串级调速控制系统。考虑到电流型PWM逆变器的数学模型显示出的多变量、强耦合、非线性等特点，设计出了基于逆系统方法解耦附加变结构控制和双环解耦附加PI控制两种控制策略，并仿真比较了这两种方法。将变结构控制的电流型逆变器应用于串级调速系统中，仿真结果表明，同电压型PWM串级调速系统一样，电流型PWM串级调速系统同样具有良好的调速性能和高功率因数、低谐波含量等优点

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 风机和泵类负载特点

1．3 无功补偿及谐波抑制

1．4 本文研究的主要内容

第2章 异步电机串级调速系统

2．1 异步电机串级调速系统的工作原理

2．2 不同串级调速方法的比较和分析

2．2．1 传统串级调速系统

2．2．2 晶闸管斩波式串级调速系统

2．2．3 PWM型斩波串级调速系统

2．3 本章小结

第3章 电压型PWM串级调速系统

3．1 电压型PWM串级调速系统的结构和优点

3．2 转速电流双闭环控制

3．3 有源逆变器的控制

3．3．1 状态反馈精确线性化理论

3．3．2 变结构控制理论

3．3．3 逆变器的数学模型

3．3．4 dq坐标下的功率计算

3．3．5 逆变器的控制策略

3．4 对比仿真验证

3．4．1 状态反馈解耦附加PI控制的仿真

3．4．2 精确线性化解耦附加变结构控制的仿真

3．5 本章小结

第4章 串级调速系统中的滤波问题

4．1 定、转子的间谐波情况分析

4．2 基于瞬时无功功率理论的间谐波检测

4．3 电压型PWM逆变器的控制策略

4．4 仿真验证

4．5 本章小结

第5章 电流型PWM串级调速系统

5．1 电流型PWM串级调速系统的工作原理

5．2 电流型PWM逆变器控制原理

5．2．1 三相电流型PWM逆变器模型

5．2．2 基于载波调制的三逻辑SPWM调制技术

5．2．3 逆系统原理

5．2．4 电流型PWM逆变器的逆系统线性化解耦

5．2．5 电流型PWM逆变器的变结构控制

5．2．6 基于双环解耦附加PI控制

5．3 对比仿真验证

5．3．1 基于逆系统解耦附加变结构控制的系统仿真

5．3．2 基于双环解耦附加PI控制的系统仿真

5．3．2 扰动下的比较仿真

5．4 电流型PWM串级调速系统的仿真

5．5 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文