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矿井提升机三电平逆变器变频调速系统的研究

矿井提升机三电平逆变器变频调速系统的研究

作者：过希文安徽理工大学

学位级别：硕士

随着电力电子器件、微电子技术以及现代控制理论的迅猛发展,交流传动调速技术取得了突破性的进展。作为传动领域的一个重要应用-矿井提升机交流调速的控制尤为引人注目。高性能的矿井提升机交流调速不仅可以节能,还可以显著改善大功率... 详细信息

随着电力电子器件、微电子技术以及现代控制理论的迅猛发展,交流传动调速技术取得了突破性的进展。作为传动领域的一个重要应用-矿井提升机交流调速的控制尤为引人注目。高性能的矿井提升机交流调速不仅可以节能,还可以显著改善大功率同步电机的运行性能。同时,由于多电平逆变电路具有显著的优势(比如输出谐波少、开关频率低等),必将成为矿井提升机变频调速主电路的首选方案。因此,本文以矿井提升机三电平变频调速系统为工业背景,针对二极管箝位型三电平逆变器变频调速系统进行了研究。本文首先对矿井提升电气拖动方案、用于矿井提升逆变电路的拓扑结构、控制方法以及大功率器件等方面进行综述,然后论述了矿井提升行程控制的特点及工艺要求,分析了速度给定方式,并对比转速闭环调速系统,阐述了复合控制理论的实际意义。在此基础上,着重研究了三电平逆变器SVPWM调制方法:围绕着电压空间矢量图展开,分析了七段矢量法参考电压矢量的产生、所落扇区、小三角形区域的判断等关键环节;同时,还详细讨论了三电平逆变器中点电位偏移产生机理,并给出了一种数学解决方法。由于二极管箝位型三电平逆变器的中点电位偏移与输出电流存在关联,本文还建立了三电平逆变器与同步电机在αβ静止坐标系下的统一数学模型。在前人提出的固定合成矢量的基础上,结合两电平DTC控制方法,对于三电平DTC控制策略进行了初步探索,设计了系统总体框图,并建立了相应的系统仿真模型,验证了理论成果的正确性。最后,结合ACS6000提升机驱动系统,对系统的关键环节:逆变器、励磁整流装置以及主控及光纤通信进行了研究。并利用调试软件Drive Windows,参与了现场调试。与现场调试的波形相比较,进一步验证了本文所做的三电平逆变器仿真方案的正确性。同时调试结果表明:该驱动系统工作可靠,满足生产工艺运行的要求。

关键词：矿井提升机三电平逆变器 SVPWM 直接转矩控制固定合成矢量

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永磁同步电机直接转矩控制系统的研究

永磁同步电机直接转矩控制系统的研究

作者：孟高军大连交通大学

学位级别：硕士

由于永磁同步电机具有结构简单、效率高、功率因数高、体积小、易于散热及维护等一系列优良的特点,因此被广泛用于数码机床、机器人、航空、航天、加工中心等场合。在永磁同步电机(PMSM)的控制方法中,直接转矩控制(DTC)由于具有控制思... 详细信息

由于永磁同步电机具有结构简单、效率高、功率因数高、体积小、易于散热及维护等一系列优良的特点,因此被广泛用于数码机床、机器人、航空、航天、加工中心等场合。在永磁同步电机(PMSM)的控制方法中,直接转矩控制(DTC)由于具有控制思想新颖、系统结构简明、动静态性能优良等特点而受到了普遍的关注,并且取得了迅速的发展,但仍然存在着磁链观测误差大、转矩脉动大等问题,因此,研究永磁同步电机的直接转矩控制系统有着非常重要的意义。围绕着PMSM DTC系统本文主要的研究内容如下：(1)本文首先建立了永磁同步电机的数学模型,详细介绍永磁同步电机在不同坐标系下的坐标变换与变换矩阵,并推导出了PMSM在不同坐标系下的数学模型,阐述了直接转矩控制的基本原理。(2)介绍了永磁同步电机直接转矩控制的整体框图和各个组成部分以及实现方式。其中包括磁链模型、转矩模型、磁链分区和开关表的确定,针对传统直接转矩控制定子磁链误差大、存在直流漂移等问题,着重介绍了四种不同的定子磁链积分器。(3)分别结合纯积分器、饱和反馈的改进积分器和幅值限定的改进积分器对直接转矩控制系统进行仿真,并对三种结果进行比较,随后针对幅值限定的改进积分器进行研究,在保持其他给定值不变的情况下改变电机转速,发现基于幅值限定的改进积分器的直接转矩控制系统的转速脉动很大,甚至不能正常工作,针对这一现象本文提出了一种根据永磁同步电机的状态方程来获取定子磁链幅值的方法,从而提高了系统的性能。(4)针对两电平逆变器的不足,本文最后提出了一种基于中点钳位式三电平逆变器的直接转矩控制系统,并对三电平逆变器的基本原理、拓扑结构、控制原理及控制策略进行了详细的分析,并针对三电平逆变器存在的问题,采用了一种固定合成矢量的控制方法,通过仿真研究,验证了基于中点钳位式三电平逆变器直接转矩控制较基于两电平逆变器的直接转矩控制有更好的性能。(5)最后对本文的工作进行了总结,并对今后的研究工作出了分析与展望。

关键词：永磁同步电机直接转矩控制定子磁链固定合成矢量三电平逆变器

基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究

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基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究

作者：郝春学哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

异步电机的直接转矩控制技术是一种新兴的电机调速方式,因此有许多值得研究的问题。本文重点对三电平逆变器直接转矩控制进行了研究,取得了一定的成果,对多电平逆变器直接转矩控制的研究具有一定的参考价值。本文首先分析了二极管箝位... 详细信息

异步电机的直接转矩控制技术是一种新兴的电机调速方式,因此有许多值得研究的问题。本文重点对三电平逆变器直接转矩控制进行了研究,取得了一定的成果,对多电平逆变器直接转矩控制的研究具有一定的参考价值。本文首先分析了二极管箝位型三电平逆变器的工作原理、工作过程、开关模型,建立了三电平逆变器与异步电机的统一数学模型;在此基础上,进一步分析了三电平逆变器供电下的异步电机直接转矩控制的基本原理及基本结构,给出了磁链和转矩的采用的控制方法,分析了他们产生脉动的原因;另外又分析了三电平直接转矩控制存在的问题,包括电压跳幅、开关频率和开关损耗以及中点电压平衡等问题;为了解决这些在三电平直接转矩控制存在的问题,分析了几种三电平直接转矩控制的优化算法,并给出了基于固定合成矢量的三电平逆变器直接转矩控制方法;最后,对三电平逆变器直接转矩控制进行了仿真研究,仿真结果表明该控制方法对平衡中点电位以及减小电压跳幅具有良好的作用。本文进行了三电平逆变器的主电路、开关器件驱动电路、电流电压检测电路和保护电路等的设计。根据三电平逆变器主电路功率开关多,驱动信号不能共地的特点,本文设计一种基于HCPL316J光耦驱动芯片设计功率器件IGBT的驱动电路,降低电磁干扰,并在过流等异常情况下实时保护功率开关器件。最后以TMS320F2812为控制核心,研制了一套三电平逆变器试验装置。在此装置上完成了三电平逆变器的相关试验研究,试验装置运行稳定可靠。大量的仿真和试验结果验证了本文的研究思想和控制方法是正确的。

关键词：直接转矩控制异步电机三电平逆变器固定合成矢量

基于三电平逆变器的异步电机直接转矩控制研究

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基于三电平逆变器的异步电机直接转矩控制研究

作者：陈浩西南交通大学

学位级别：硕士

箝位式多电平逆变器能用较低电压应力的开关器件实现高电压大功率的电能转换,具有输出谐波含量小,控制性能好等优点,而又没有开关器件直接串联拓扑结构的均压等问题,在高压大功率变频调速领域得到了广泛的运用。而直接转矩控制技术（DT... 详细信息

箝位式多电平逆变器能用较低电压应力的开关器件实现高电压大功率的电能转换,具有输出谐波含量小,控制性能好等优点,而又没有开关器件直接串联拓扑结构的均压等问题,在高压大功率变频调速领域得到了广泛的运用。而直接转矩控制技术（DTC）作为一种新型的先进交流电机控制技术,以其控制简单、鲁棒性强、动态性能好等优点得到了越来越广泛的研究。因此本文对基于二极管筘位式三电平逆变器的异步电动机直接转矩控制系统进行了研究。首先本文分析了多电平逆变器拓扑结构的发展和研究现状,讨论了交流调速的发展和直接转矩控制技术的特点,指出本课题研究的目的及意义。本文建立了三电平逆变器与异步电机的统一数学模型。由于二极管箝位式三电平逆变器的中点电位波动与输出电流存在关联,因此有必要将两者结合起来分析并建立系统在两相静止αβ坐标系下的统一数学模型,这为分析三电平逆变器与异步电机之间的关系打下了基础。本文随后分析了直接转矩控制的基本原理和基本结构,建立了三种磁链观测模型,分析了三电平逆变器用于异步电机控制应优先解决的问题,并给出可行的三电平直接转矩控制解决方案。通过对这些方案的分析,提出了固定合成矢量及其改进型的三电平直接转矩控制方法。在以上理论分析的基础上,使用MATLAB/Simulink对本文提出的新方法进行了仿真研究,仿真结果验证了所提出方法在原理上的正确性。

关键词：异步电机直接转矩控制二极管箝位式三电平逆变器磁链观测模型中点电位固定合成矢量

NPC三电平逆变器永磁同步电机控制系统的研究与实现

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NPC三电平逆变器永磁同步电机控制系统的研究与实现

作者：魏善国东北大学

学位级别：硕士

在我国电能资源消耗不断增加,并且提倡节能减排的今天,变频调速系统已作为节能减排的重要手段之一被广泛应用,由于多电平逆变器对功率开关器件耐压要求低,输出谐波含量较少,电磁干扰小等优点被广泛应用在高压大功率交流变频调速系统中,... 详细信息

在我国电能资源消耗不断增加,并且提倡节能减排的今天,变频调速系统已作为节能减排的重要手段之一被广泛应用,由于多电平逆变器对功率开关器件耐压要求低,输出谐波含量较少,电磁干扰小等优点被广泛应用在高压大功率交流变频调速系统中,其中NPC （Neutral Point Clamped）三电平逆变器是应用最为广泛的一种拓扑结构。永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）由于结构简单、效率高、控制性能好等优点已被广泛应用于交流伺服领域和变频调速系统。本文从三电平逆变器和永磁同步电机的结构特点出发,根据两者的数学模型和理论基础,介绍了基于NPC三电平逆变器永磁同步电机的一些基本的控制方法和发展情况。并对三电平逆变器永磁电机直接转矩控制DTC做出分析和对算法的改进,提出了两种方法并进行仿真及相关实验研究,本文主要完成的工作有：基于改进作用矢量型固定合成矢量的直接转矩控制算法研究,鉴于三电平NPC逆变器固有问题：中点电位偏移、输出电压变化率高、开关频率及开关损耗高等提出一种基于中点电位控制的固定合成矢量算法。该算法将不同的空间电压矢量按优先考虑最小中点电压波动的原则进行合成,同样有效克服电压输出变化率高和开关损耗大等问题,并建立基于Matlab/Simulink环境仿真系统模型,证明该方法有效的抑制了中点电位不平衡、输出电压变化率高、开关损耗等问题。基于改进型固定合成矢量的直接转矩算法研究,本文在研究十二矢量固定合成方法的基础上,为了更加精确控制电磁转矩和定子磁链,将固定合成矢量个数增加到24,将整个矢量空间细分到24个空间作用区域,该算法在解决二极管钳位型固有问题的同时,进一步减小输出电压、电流谐波含量,从而减小电机定子磁链与电磁转矩的高频脉动波纹。本文最后完成了NPC三电平逆变器永磁同步电机控制系统的实验,它的硬件系统主要包括控制电路、驱动电路、检测调理电路、保护电路等等;在DSP的集成开发环境CCS3.3完成软件设计。通过实验证明该系统的正确性和可行性。

关键词： NPC三电平逆变器永磁同步电机固定合成矢量直接转矩控制

基于三电平逆变器的永磁同步电动机直接转矩控制新方法

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船电技术 2021年第2期41卷 38-43页

作者：林海啸龙文枫邵俊波武汉船用电力推进装置研究所武汉430064

在永磁同步电动机数学模型和三电平空间矢量调制法的基础上,提出一种基于三电平逆变器拓扑结构的永磁同步电机直接转矩控制新方法。该方法采用bang-bang控制器对电机进行控制,通过新型合成矢量开关表对固定合成矢量的选取,有效地抑制了... 详细信息

在永磁同步电动机数学模型和三电平空间矢量调制法的基础上,提出一种基于三电平逆变器拓扑结构的永磁同步电机直接转矩控制新方法。该方法采用bang-bang控制器对电机进行控制,通过新型合成矢量开关表对固定合成矢量的选取,有效地抑制了三电平逆变器直流侧支撑电容中点电位波动、限制了输出电压变化率dv/dt并降低了开关损耗,同时系统还具有良好的稳态响应特性及动态响应特性。通过理论分析与仿真结果证明了该控制方法的可行性。

关键词：直接转矩控制永磁同步电机三电平逆变器开关表固定合成矢量中点控制

基于DSP三电平异步电动机直接转矩控制研究

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船电技术 2012年第5期32卷 5-8页

作者：郝春学丛望张敬南中国船舶重工集团公司第七一二研究所武汉430064 哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

本文研究了基于合成矢量的三电平异步电动机直接转矩控制(DTC)方法,并通过了仿真验证。此方法在三电平逆变器供电的异步电动机上有效的实现了DTC系统,不但能够有效地控制了三电平逆变器的中点电压,并能够有效抑制了输出电压的跳变;而且... 详细信息

本文研究了基于合成矢量的三电平异步电动机直接转矩控制(DTC)方法,并通过了仿真验证。此方法在三电平逆变器供电的异步电动机上有效的实现了DTC系统,不但能够有效地控制了三电平逆变器的中点电压,并能够有效抑制了输出电压的跳变;而且具有转矩输出高频脉动小,转子转速波动较小的优点,达到了很好的控制性能。

关键词：三电平逆变器直接转矩控制固定合成矢量