毕设论文中期报告 高压变频器矢量控制系统仿真研究

本 科 毕 业 论 文 中 期 报 告 毕设课题 高压变频器矢量控制系统仿真研究学生姓名 谢 涛 学 号 12108020215 班 级 能源12-2 导师姓名 张 虎 2016年 4月 22日 论文主要内容： 论文研究的主要内容是基于间接磁场定向的多单元串联高压变频器矢量控制系统的研究。 首先要了解多单元串联高压变频器的拓扑结构，然后针对多单元串联高压变频器的拓扑结构的特殊性问题，对该型高压变频器的调制策略进行了深入的研究。通过分析PWM调制的基本原理，对PWM调制方法进行了详细的分析研究。详细地叙述了多载波脉冲的发生原理、构成原则、具体实现方式，提供了一种基于DSP与FPGA的多脉冲数字化实现方法，很好地解决了多单元串联高压变频器的多脉冲驱动问题。 其次，从矢量控制的基本理论出发，设计了基于转子磁场定向的矢量控制系统。分析研究了矢量控制的两个核心问题:磁通观测方法和转速辨识方法。在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型，对系统的性能进行了验证。通过对仿真结果的分析，表明系统具有良好的动静态性能和带载能力。 1、 课题目前进展情况（已完成的工作与成果）。1 多单元串联高压变频器的拓扑结构 图1 两单元串联高压变频器拓扑结构 相比于其他拓扑结构，虽然多单元串联高压变频器的整机系统中结构复杂，串联的单元数目多，但是在对高压电机调速的应用中，这种变频器的优势显而易见。主要优点有: 1)由于输入侧采用移相变压器的多重化设计，使输入电流谐波减小，也降低了对电网的谐波干扰; 2)系统中每个功率单元都是采用独立的直流电源供电，没有其他拓扑结构存在的电压容易不平衡问题; 3)输出电压台阶为各功率单元的直流目前电压，这样du/dt就很小，输出噪声低; 4)从效率上分析，在电动机满载运行时，整机效率可达95%以上; 5)安全可靠上来看，当功率单元出现故障时，系统的旁路技术可把有故障的功率单元旁路掉，不影响电动机的现场作业。 当然，这种结构的不足之处是前端需要庞大的移相变压器来提供众多分离的直流电源。2 功率单元所采用的二重化调制方法 1)在相同的载波频率下，载波移相SPWM方法输出电压频率是载波频率的N倍(N单元串联输出); 2)在调制比M变化时，即输出频率变化时，各单元的输出电压幅值、频率和功率器件的开关频率能够保持相同。而其他PWM调制方式下，调制比M降低，会造成部分单元没有PWM输出，降低了输出端等效频率，增加了输出电压谐波含量。 图2 H桥功率单元二重化调制示意图3感应电机矢量控制原理分析 图3 感应电机的矢量控制与解耦模型图 3/2变换 2s/2r变换 首先把感应电机定子侧的交流电流经过三相静止到两相旋转的坐标变换，得到旋转坐标系下的d, q轴实际电流分量。d轴电流实际值可以求得转子磁通实际值I r，与转子磁通给定值诃的偏差再经过磁通环的PI调节器处理，就可以得到d轴励磁电流分量的给定值石，与d轴电流实际值的偏差再经过电流环的PI调节器处理，可以得到d轴电压值U，再通过电压补偿环节进行d轴电压的前馈解藕功能，这样就得到了d轴的电压分量。感应电机转子转速的给定值可与反馈值C,的偏差经过转速环的PI调节器处理，可以得到q轴转矩电流分量的给定值Z9 r与q轴电流实际值的偏差再经过电流环的PI调节器处理，可以得到、轴电压值U;，再通过电压补偿环节进行q轴电压的前馈解祸功能，这样就得到了q轴的电压分量。再经过两相旋转到三相静止的坐标反变换，就可以得到三相定子的电压值，可以用来经过PWM调制驱动三相感应电机。4 普通两电平逆变器下电机矢量控制模型图 图 4 感应电机的矢量控制模型图 图5 感应电机的矢量