三電平逆變器供電的感應電機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、與兩電平逆變器相比，多電平逆變器具有輸出電壓更加接近正弦波、諧波含量少和輸出電壓跳變小等特點，非常適合于高壓大容量交流變頻調(diào)速系統(tǒng)。然而，作為一種新型電能變換技術(shù)，基于多電平逆變器供電的感應電動機的高性能調(diào)速控制在理論和實踐中依然存在著大量值得研究和探討的問題。
　　 三電平逆變器作為多電平逆變器的典型代表，具有拓撲結(jié)構(gòu)相對簡單、所用器件相對較少，可靠性高等特點。因此對以三電平拓撲結(jié)構(gòu)為基礎構(gòu)成的高性能交流電機調(diào)速系統(tǒng)進行深入研

2、究具有實際意義。本文以二極管箝位式三電平逆變器帶電機負載為對象，對多電平逆變器的建模、PWM控制技術(shù)、直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)進行了全面的理論分析，并進行了仿真和實驗研究。
　　 論文首先分析了多電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，討論了交流調(diào)速的發(fā)展和直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的特點，指出本文選題的目的和意義。詳細論述了二極管箝位型三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理，在α、β靜止坐標系下，建立了三電平逆變器供電的感應電動機為負載的統(tǒng)一數(shù)學模型，在

3、此基礎上建立了仿真系統(tǒng)，為全面分析三電平逆變器供電的、采用各種控制策略的電機調(diào)速系統(tǒng)奠定了基礎。
　　 詳細分析了三電平逆變器的脈寬調(diào)制模式的工作原理，包括載波形式的PWM控制技術(shù)和空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，重點分析了空間電壓矢量調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)方法。討論了空間電壓矢量調(diào)制模式下的中點電壓波動的原因，建立了平均中點電流模型，為中點電壓平衡控制提供了理論依據(jù)。對于上述各種PWM方法，均建立了仿真模型，仿真結(jié)果驗證了其理論分析的正確性和方

4、法的有效性。
　　 深入分析了三相感應電動機直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，探討了一種改進型的基于電機數(shù)學模型直接推導的定子磁鏈估算方法。討論了三電平逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制中的主要問題及其矢量選擇方案。詳細介紹了傳統(tǒng)的三電平基于滯環(huán)調(diào)節(jié)的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)方案，有單一矢量法和固定矢量合成法，但兩者轉(zhuǎn)矩脈動較大。為此，分析了基于數(shù)學模型的轉(zhuǎn)矩和磁鏈的預測控制，提出一種基于預測控制的快速空間矢量調(diào)制方式的三電平直接轉(zhuǎn)矩控制方法，轉(zhuǎn)矩脈動減少，且有

5、利于數(shù)字化實現(xiàn)。
　　 多電平電壓型逆變器空間電壓矢量多，采用傳統(tǒng)的直接轉(zhuǎn)矩控制，矢量選擇比較復雜，且所選擇的電壓矢量作用時間通常為一個采樣周期，因而轉(zhuǎn)矩脈動相對較大。為此，提出了一種三電平模糊直接轉(zhuǎn)矩控制策略，引入模糊邏輯后，將轉(zhuǎn)矩和磁鏈誤差進行分級，根據(jù)誤差級別的大小選擇需要的電壓矢量。該方法既有效地抑制了磁鏈和轉(zhuǎn)矩的脈動，又很好地保留和繼承了傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制魯棒性強的優(yōu)點。
　　 以TMS320F2812 DSP為