同步调制下异步电机矢量控制研究

摘要

在大功率交流电力机车牵引传动系统中，受器件开关频率低和散热等因素限制，变频器最高开关频率只有几百赫兹，而同时由于机车速度变化范围比较大，从而造成载波比在很大的范围内变化。因此，单一的异步或同步调制已经无法满足机车变频调速的要求，而多模式PWM调制有效的改善了变频器的输出，满足其低开关频率，宽速度范围运行的需要。为了提高电机控制性能，在电力机车牵引传动系统中普遍采用矢量控制技术，所以基于多模式PWM的矢量控制系统得到广泛的应用，它不仅可以满足高速、低开关频率的调速要求，而且提高了转矩输出精度，获得较好的控制性能。
　　 本文研究了低开关频率下基于多模式PWM调制的矢量控制。采用了基于异步调制、同步调制和优化PWM的多模式调制策略。着重分析了特定次谐波消除PWM(SHEPWM)的原理和实现方法，介绍了基于Mat1ab函数和曲线拟合的脉冲开关角计算方法，以及基于载波方式的SHEPWM数字实现方法，并介绍了多模式PWM调制中不同载波比之间切换的切换策略。而针对将矢量控制和多模式调制策略结合后的新问题，通过相角调节器，以及转子磁链幅值、角度的控制和补偿等方面的研究，最终实现了不同调制策略以及定向不准等情况下电机转矩的精确控制。
　　 文中通过搭建7.5KW小功率电机实验平台，在开环VVVF调速系统中进行了SHEPWM不同载波比之间切换的仿真和实验；数字实现了三电平SHEPWM脉冲发生；并在Mat1ab/Simu1ink仿真平台搭建了基于多模式PWM的矢量控制系统仿真模型，基于TMS320F28335编写程序，在小功率电机平台上进行实验，验证了其控制性能，所得结果与理论分析一致。