四象限變頻器在電機控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、采用三相PWM整流替代傳統(tǒng)變頻器中的不控整流而構(gòu)成的四象限變頻器,同時具備了交流電機優(yōu)異的調(diào)速性能和三相PWM整流的能量可雙向流動、網(wǎng)側(cè)電流正弦度好、單位功率因數(shù)、直流母線電壓可控等優(yōu)點,非常符合國家重點實施的節(jié)能減排戰(zhàn)略。本文以四象限變頻器為核心,圍繞PWM調(diào)制、PWM整流、異步電機控制、永磁同步電機控制、四象限變頻器協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)、以及四象限變頻器擴展應(yīng)用,進行了理論分析和研究。
　　PWM技術(shù)是PWM整流和交流調(diào)速的基礎(chǔ)

2、。本文詳細分析了SPWM和SVPWM兩種調(diào)制方式,闡述了一種實現(xiàn)簡單的SVPWM調(diào)制方式;結(jié)合工程實現(xiàn),采用了一種可提高了直流母線電壓利用率的過調(diào)制方式,并成功實現(xiàn)了一種可有效減少開關(guān)次數(shù)提高系統(tǒng)效率的DPWM方式;重點分析了死區(qū)的形成原因和其對控制系統(tǒng)的影響,并闡述了基于兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標系下的死區(qū)補償方式和實現(xiàn)特點,并給出了這種死區(qū)補償方式的仿真和實驗結(jié)果,為四象限變頻的控制打下了基礎(chǔ)。
　　電流環(huán)作為電壓、電流雙閉環(huán)控制

3、的內(nèi)環(huán),直接決定著三相PWM整流的電流波形好壞,影響其性能。傳統(tǒng)電流解耦控制方法需要知道準確的電感參數(shù),而工程實際中電感參數(shù)的測量并不方便,并且電感在流經(jīng)大電流時容易飽和,導(dǎo)致解耦控制失敗;三相PWM整流的電壓外環(huán)存在非線性,若直接采用傳統(tǒng)的PI控制器,難以取得比較好的動態(tài)特性。本文提出了一種無需知道電感參數(shù)的電流解耦內(nèi)環(huán)電壓平方外環(huán)的電壓、電流雙閉環(huán)控制策略,仿真和實驗結(jié)果驗證了該控制策略的可行性。
　　V/F控制和矢量控制是異

4、步電機兩種非常重要的控制方式,本文分析了異步電機穩(wěn)態(tài)模型,針對V/F控制下異步電機空載或輕載時容易振蕩的現(xiàn)象,采取了基于無功電流閉環(huán)的控制方案,實驗結(jié)果驗證了該控制策略的可行性。同時本文給出了異步電機的動態(tài)模型,并進一步分析了異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制,實驗結(jié)果驗證了基于轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制的異步電機具有非常理想的動、靜態(tài)特性。異步電機參數(shù)辨識有離線辨識和在線辨識兩種方式,本文重點分析了異步電機參數(shù)的離線辨識,提出了一種簡化的無需進行

5、傅里葉變換提取正弦信號的幅值和相角的方法,實驗結(jié)果證實了該方法的可行性。異步電機參數(shù)辨識為異步電機無位置傳感器矢量控制提供了基礎(chǔ),仿真和實驗結(jié)果驗證了本文所提出的自適應(yīng)無位置傳感器矢量控制策略的可行性。
　　通過更換編碼器接口和控制算法,變頻器同時也能夠?qū)崿F(xiàn)同步電機的驅(qū)動。針對永磁同步電機電流環(huán),本文提出了無電感參數(shù)解耦和比例諧振控制器方案,減小電流諧波。仿真和實驗均驗證了該方案的可行性。
　　四象限變頻器逆變部分可等效成一

6、個電阻+電感+反電勢的等效電路,所以理論上講四象限變頻器的三相PWM整流和逆變部分可以獨立控制,即三相PWM整流控制直流母線電壓,逆變器控制電機特性。本文搭建了四象限變頻器實驗平臺,實驗結(jié)果實現(xiàn)了四象限變頻器的基本工況。為了提高四象限變頻的抗負載擾動能力,本文提出了一種在不增加直流母線電流采樣的前提下,基于負載電流觀測器的負載電流前饋補償?shù)目刂撇呗?并分別采用了降維觀測器、基于簡化模型的擴展卡爾曼濾波(ExtendedKalmanFil