基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制策略研究

摘要

随着电力电子器件和现代控制理论的飞速发展，交流调速技术也取得了突破性的成就，而作为矿山行业的重要传动控制—矿井提升机交流调速控制则更为引人注目。同时，由于多电平逆变器相较于传统两电平逆变器具有显著的优势，这使得多电平逆变技术逐渐成为矿山变频调速主电路的首选算法。因此，本文以矿井提升系统为背景，针对三电平逆变器变频调速系统进行研究。　　本文首先分析了二极管嵌位式三电平逆变器的工作原理，并建立了三电平逆变器供电的异步电机数学模型;然后简述了三电平异步电机直接转矩控制的原理及结构，并详细分析了三电平逆变器供电的直接转矩控制系统存在的中点电位不平衡问题;针对中点电位不平衡问题，本文采用了基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制。固定合成矢量法能够有效的简化矢量选择的复杂性问题，同时也可以抑制中点电位不平衡问题和解决电压跳幅过大的问题。　　然后本文对基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制系统进行了软件仿真试验，试验得出的定子磁链轨迹近似圆形，曲线光滑;定子磁链幅值大概在0.1个采样周期时达到设定值，此后磁链幅值在设定值附近略有波动，但基本上维持稳定;在0.2s左右转速开始在其参考值附近稳定的波动;在第一个采样周期内，中点电位在±70V之间上下波动，此后，中点电位在±25V之间波动，表明该固定合成矢量法能很好的抑制二极管嵌位型三电平逆变器固有的中点电位不平衡问题。仿真结果说明基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制系统控制能良好，转速和转矩能快速的跟踪响应，同时其对中点电流能起到很好的抑制作用。最后以TMS320F2812为信号处理芯片对系统进行了硬软件设计。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题提出的背景和意义

1．2 矿井提升系统概述

1．2．1 矿井提升机调速和控制系统的发展

1．2．2 矿井提升机的运行特点及其控制

1．3 交流电机高精度变频调速控制技术

1．3．1 矢量控制技术

1．3．2 直接转矩控制技术

1．4 多电平变频技术

1．5 三电平逆变器直接转矩控制的控制策略

1．5．1 多级滞环控制

1．5．2 单一矢量法

1．5．3 固定方向合成矢量法

1．6 研究内容

2 三电平逆变器异步电机变频调速系统数学建模

2．1 NPC型三电平逆变器

2．1．1 NPC型三电平逆变器的拓扑结构及其原理

2．1．2 NPC型三电平逆变器的数学模型

2．2 异步电机数学模型

2．3 三电平逆变器供电的异步电机数学模型

2．3．1 三电平逆变器中点电位波动分析

2．3．2 三电平逆变器供电的异步电机数学模型

2．4 本章小结

3 基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制

3．1 直接转矩控制理论分析

3．2 三电平逆变器直接转矩控制系统

3．3 直接转矩的磁链控制和转矩控制

3．3．1 直接转矩的磁链控制

3．3．2 直流转矩的转矩控制

3．4 固定合成矢量算法

3．4．1 中点电位不平衡问题

3．4．2 电压矢量选择

3．4．3 固定合成矢量法

3．5 基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制原理

3．5 本章小结

4 基于固定合成矢量的三电平逆变器异步电机直接转矩控制系统仿真

4．1 主要仿真模块

4．1．1 电压电流3／2变换模块

4．1．2 磁链和转矩计算模块及转矩调节器

4．1．3 扇区判断模块

4．1．4 矢量开关表

4．1．5 电压矢量作用时间模块

4．2 系统仿真结果

4．2．1 仿真参数设置

4．2．2 仿真波形图

4．2．3 仿真结果分析

4．3 本章小结

5 基于DSP的三电平直接转矩控制系统设计

5．1 系统硬件设计

5．1．1 主电路设计

5．1．2 控制电路设计

5．1．3 IGBT驱动电路及保护电路

5．1．4 电压电流检测和保护电路

5．2 系统软件程序框图

5．3 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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