中文翻译异步电动机基于svpwm的简化三电平矢量控制系统的研究大学论文.doc

中北大学2013届毕业论文异步电动机基于SVPWM的简化三电平矢量控制系统的研究1 绪论三电平逆变器是应用于高压大容量传输领域的电源转换器,起源于1977年德国学者霍尔兹提出的三电平逆变器主电路及其程序。1980年,纳夫莱和日本长冈大学的一些人在此基础上继续研究发展,用一对二极管取代了辅助夹开关,并且连接到上部和下部引脚主要开关的中点的按顺序分别补足中点箝位。图1显示了该二极管中性点固定三电平逆变器的拓扑结构。图1 二极管中性点固定三电平逆变器拓扑图2 简化三电平SVPWM算法三电平逆变器拓扑结构的每一相需要四个功率开关,两个钳位二极管,和四个持续流二极管。不同的开关组合能产生不同的电压空间矢量规范，三电平逆变器可以产生27种不同的电压空间矢量规范, 每个适量对应着三电平逆变器不同的开关状态。三电平电压空间矢量图如图2所示。图2 三电平电压空间矢量三电平电压空间矢量比两电平电压空间矢量复杂很多。过去，多数的三电平电压空间矢量控制方式是将一个象限划分为四个小三角形。然后在每个小三角形里解决每个有效矢量动作时间。解决所有的24个小三角形计算量是巨大的，为了确定的模式向量合成它需要解决在每个象限每个三角形的开关角。所以与三角载波比较时我们可以计算比较。这个计算方法是复杂的,很难适用于拓扑的三级或n能级(n3)逆变器。三电平空间矢量可以被认为是由传统二级空间向量构成的6个小六角形。三电平空间矢量图的每一个六角形的中心是小六边形内部的顶点。三级空间矢量的分析如图3所示图3 三电平空间矢量分析三级电压空间矢量平面原始点是V0，当我们将三电平电压空间矢量平面减为两相电压空间矢量平面时，期望合成输出电压空间矢量的平面转化为包含参考电压空间矢量的小六角形。原始点的6小六角是 V1、V2、V3、V4、V5 和V6.修正后我们可以考虑新的参考电压空间向量作为所需的输出电压空间矢量，然后按有效的顺序变换每个有效矢量和零矢量的坐标， 然后整个研究平面完全转换为两级电压空间矢量平面。以下分析是专注于向量的动作时间受到坐标变换的影响是基于第一象限的第一个小六边形:Vref是未修正前的参考电压空间矢量，V1、V7、V8分别是主要的向量, 二级矢量和零矢量的三级电压空间矢量平面, t6、t4、t0分别是向量的动作时间, 一定有一个原始点的三个向量是包含参考电压空间矢量小六角的原始点。每个向量在二电平平面的每个象限动作时间的分析可以很容易地扩展到三级平面。在两电平平面,当参考电压空间矢量在第一个象限: V6 是主向量，V4是二级矢量， V0是零向量。这样, 这意味着,当参考电压空间矢量在第一象限,主要矢量的动作时间是公式(1),二次向量公式的动作时间是(2),零向量动作时间的是公式(3)。 然后扩展到了三电平平面: 首先，我们应该修改参考电压空间矢量, 这意味着 Vs_ref=V-Ed/3, Vs_ref=V, Ed是三电平拓扑的直流侧电压。 其次, 分别用Vs_ref 和Vs_ref,在公式1中替换V和在公式2替换V。然后将Udc 替换为 Ed/2. 这样, 我们把两电平级逆变器的电压空间矢量控制算法扩展为三级逆变器。我们可以通过参考参考量改变开关序列而解决中性点电位波动的问题。这个方法根据母线之间和更低的母线在重叠区域的实际电压差选择不同的部分。更多细节在这里也没有讨论。 3 无速度矢量控制算法 3.1 复杂矢量异步电动机的数学模型异步电机电压,磁链方程表示为一个复合向量如下所示:电磁转矩方程如下:np 是级对数。.3.2 磁链观测 图4显示了无速度传感器异步电机的矢量控制系统, 系统采用速度和电流闭环控制, 采用PI控制调节器, 关键部分是磁链观测模块和速度观测模块。图4 无速度传感器异步电机矢量控制系统图5是一个完整的闭环转子磁链观测器。图5 完整的闭环转子磁链观测器它由一个开环电流模型和自适应电压模型组成。隐含给定,前者可以提供跟多精确值, 尤其是低速时。后者有一个相对宽的速度调节范围,我们可以在两者之间获得流畅的转换同时通过合理选择闭环特征值有效的结合不同速度段的优势，这可以用于大速度范围的转子磁链观测。3.3 电流模型根据公式(5)和(6),异步电机同步旋转系电流模块如下:d轴符合转子磁场的方向, 所以q轴是0。经过Park反变换, 两相静止坐标系的转子磁链可用。.电流模块的输出, 也就是两相静止坐标系定子磁链i可以计算如下：3.4 电压模块应用定子电压电流测量, 两相静止坐标系定子磁链可以表达如下:Ucomp, s是考虑到纯积分零点漂移的补偿值, 初值问题, 定子阻抗测量误差及观测误差引起的电动势值太小等等。低速度时, 由PI输出器的补偿值如下：.变换方程 (13), 可用的电压模型两相静止坐标系转子通量表达式:最后,计算转子磁通角：4 系统组成该系统主要由主电路和控制器组成。4.1 主电路 主电路采用典型的交流-直流-交流电压源逆变结构，图1显示了特定的拓扑图,整流部分的功率器和环节逆变器采IGBT, 直流环节的中间部分使得电容滤波器获得一个平滑的直流值。通过功率器件的开关,逆变部分输出交流电压脉冲序列。4.2 控制器 以TMS320F2812 DSP和CPLD.DSP 为核心和基础的系统控制主电路可以达到系统初始化和系统脉冲的输出的功能。模拟部分主要完成电源和电机电压和电流信号的获取。数字部分主要是完成方向电机的启动和停止信号采集。光纤触发部分主要是实现电气隔离控制电路和主电路,DSP的 PWM 信号以光的形式输出到IGBT触发板的光学表面, 这可以提高系统的抗干扰能力。图六显示了系统的整体框架。图6 系统整体框架5 运行结果系统分析基于以上的硬件设计, 在本论文中使用简化的三电平SVPWM控制技术, 基于TMS320F2812 DSP组建实验平台，应用无速度传感器矢量控制, 按照合成矢量序列输出所需电压。使用Agilent MSO6014A 100M 从数/模输出波形获得模数混合示波器实验波形。结果如图 7a-d所示, 图 7a-b显示了55kW异步电机稳态试验波形相电压, 相电流， 转子磁链和通量角当频率50HZ 且空载时, 图7c-d 显示了当以. 50HZ空载启动是的相电压波形，相电流 ，及给定速度速度辨识的结果。图7 55KV异步电机50HZ空载启动实验波形我们可以从以上实验波形得出结论。当使用简化SVPWM 控制算法去实现感应电机无速度传感器矢量控制时, 输出电压电流波形是理想的, 磁链估计及速度都获得了较高精度。此外,从启动波形看， 该系统具有快速的动态响应能力,增速时间在1.5s之内, 充分反映了矢量控制的优点。实践证明无速度传感器矢量控制算法是简洁的，并能实现良好的性能，具有良好的推广价值。 第10页 共10页