基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制.pdf

中文摘要在高压大容量应用场合,多电平逆变电路具有显着的优势,比如输出谐波少、开关频率低等。本文研究的对象正是基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制系统。直接转矩控制箢略以其优良的转矩控制特性,近年来受到了普遍的关注。本文针对直接转矩控制算法在三电平逆变器供电异步电动机系统中的实现,进行了理论分析、仿真研究以及实验验证。在理解和掌握三电平逆变器和直接转矩控制基本原理的基础上,建立了异步电动机和三电平逆变电路的数学模型,分析了直接转矩控制应用于三电平逆变系统时可能存在的问题,提出了一种简单的电压矢量选择方案,实现了实时地调速控制。选用电压型磁键观测模型,并对低速时出现的磁链观测误差进行了偿,应用/软件对系统进行了仿真,验证了所提出方案的有效性。并在现有实验平台的基础上,通过熟悉惴ǎ菘刂扑惴ê陀布峁梗嘈戳控制程序,通过实验验证了所提出方案的可行性,实现了电机的稳定运行。利用电机的全阶模型,构造以定子电流和定子磁链为状态变量的全阶磁链观测器,利用此观测器直接观测出定子磁链,同时辨识电机定子电阻和转子速度。全阶磁链观测器具有对电机参数变化和速度变化好的鲁棒性。仿真结果也表明了全阶观测器方案的可行性。关键词:三电平,异步电动机,直接转矩控制,磁链观测中盅R
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第一章引言流传动。然而。。不仅要求课题的提出及意义在交流传动出现以前,工业电气传动一直以直流传动为唯一方式。到十九世纪末,出现了三相电源和鼠笼式电动机后,在不调速的场合交流传动才代替了直有宽广的调速范围,而且要求静差小、稳定性好及有良好的动念性能。直流电动机能够满足这些要求,但由于直流电动机在制造和运行维护等方面的固有缺陷,如电刷需要维护、高速运行困难、体积重量相对较大等,而交流电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜以及惯性小等一系列优点,长期以来,人们一直渴望用交流传动代替直流传动。随着电力电子器件制造技术、交流变频调速技术的飞速发展以及微处理机的普及应用,交流电气传动系统在各个经济部门的应用越来越广泛。采用矢量变换控制和直接转矩控制技术的交流电气传动系统,由于具有优良的动静态性能,在实践上大大推动了交流传动技术的进步。交流电机高性能传动的关键在于瞬时力矩控制。矢量控制是通过控制解耦的电流来控制力矩的,而直接转矩控制不去考虑如何使定子电流解耦,,和矢量控制相比,直接转矩控制具有结构简单、转矩响应快速等特点。直接转矩控制理论一经问世,便受到广泛的关注。目前,国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃,并且直接转矩控制理论的实现已经有了成功的范例,基于直接转矩控制的高性能变频器已经走向产业化,如镜等通用变频器。此外,疽丫阎苯幼>乜刂瞥晒Φ卦擞玫搅说力机车牵引领域。和小容量设备一样,高压大容量调速系统,比如轧钢、电力牵引、船舶的电力推进等,也提出高性能控制的要求。这类负载的特点是:要求低速大转矩输出、快速的转矩响应、高速度精度和宽调速范围。多电平变频技术在高压大容量应用场合表现出显着的优势。其主要研究方向集中在多电平技术的应用及系统的高压第一章引占
大容量化方面。作为一种新诞生的方法,宜接转矩控制在理论和实践上难免存在~些不足,使得这项技术近年来得到普遍的研究。。随着高压大容量系统的发展,应用于多电平系统的直接转矩控制有待深入探讨。因此,本论文的研究定位在基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制。直接转矩控制基本原理概述二十世纪八十年代,德国鲁尔大学的教授和日本学者首先分别提出了直接转矩控制,或者直接自控制,的概念。教授最初提出的是基于六边形磁链轨迹的直接转矩控制【,苯幼>控制应用到了圆形磁链轨迹领域。年,教授又把它推广到了弱磁调速范围。年代初,德国鲁尔大学研究室在教授和教授的领导下,提出了作为低掣慕桨傅募浣幼钥刂艻系统【”。直接转矩控制与矢量变换控制不同,它不是通过控制电流、磁链等量来间接控制转矩,而是把转矩直接作为玻控量来进行控制。异步电动机直接转矩控制系统框图可以简单地表示成图琹所示的形式。直接转矩控制的基本原理是,通过磁链和转矩模型确定电机的定子磁链和电磁转矩,,经过丌关矢量选择单元输出合适的丌关矢量,控制逆变电路丌关器件的通断,供电给异图异步电动机商接转矩控制系统框图基于三电平逆变器的异步电动机直接转矩掩制
根据电压磁链方程一ィ我弧畆,,,低速时,由于零矢量作用时步电动机。由于其结构简单明了,动态性能优良,不需要进行磁链位置观测和极坐标变换等,在很大程度上解决了矢量控制中计算