双PWM变频器及其控制策略的研究

全日制硕士学位论文双PWM变频器及其控制策略的研究ResearchofDual-PWMInverterandItsControlStrategy申请人姓名：徐奔指导教师：郑征（教授）学位类别：工学硕士专业名称：电力电子与电力传动研究方向：电力电子装置与系统河南理工大学电气工程与自动化学院二○一一年十二月双PWM变频器及其控制策略的研究徐奔河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日中图分类号：TM46密级：公开UDC：621.3单位代码：10460双PWM变频器及其控制策略的研究ResearchofDual-PWMInverterandItsControlStrategy河南理工大学申请人姓名徐奔学位类别工学硕士专业名称电力电子与电力传动研究方向电力电子装置与系统导师郑征职称教授提交日期2011年10月答辩日期2011年12月致谢短暂的两年半研究生学习生活已接近尾声，在这期间我得到了许多良师益友的帮助、关怀和鼓励，在此我表示由衷的感谢。值此论文完成之际，首先要感谢我的导师郑征教授。郑征老师严谨的治学态度和渊博学术知识对给了我极大的帮助和影响，并使我在研究生学习期间学到了踏实认真的学习态度和为人谦和的生活态度。从开题开始我就得到了郑征老师的精心指导，使得我能在较短的时间内融入课题研究，她的建议和指导也使我在接下来的学习和研究中少走了许多弯路。感谢郑征老师的教导，从她的身上学到的东西使我终身受益，在此论文完成之际，对郑征老师表示由衷的敬意和衷心的感谢。陶海军老师在论文撰写期间也提供了巨大的帮助和指导，在此同样表示衷心的感谢。周文斌、薛秀梅、陈迪蕾在研究生期间经常与我进行讨论和交流，对论文的完成也给予了很大的贡献，在此表示感谢。同时，感谢师兄师姐们在专业方面对我的帮助。昀后，还要感谢我的父母及女朋友在我研究生期间对我的理解与支持，使我能够专心完成学业。I摘要随着电力电子技术和控制技术的快速发展，交流电动机变频调速技术得到了广泛应用。传统的变频器由于整流环节采用不控或相控整流电路，给电网带来了大量的谐波污染。因此，一种新式的以脉冲宽度调制（PWM）技术为基础的双PWM变频器引起了学术界的广泛关注，它具有网侧电流为正弦波，输出功率因数趋近于1，能量实现双向传输等优点，能有效消除变频装置对电网的谐波污染问题，提高变频器的调速性能。本文首先分析了三相电压型PWM整流器的拓扑结构、基本原理及不同坐标系下的数学模型，并设计了电压环和电流环PI调节器参数。采用基于电网电压定向的双闭环矢量控制方法，把对交流电流的控制转化为对其直流分量的控制，能使系统获得较好的动静态性能，并且简化了控制要求。PWM逆变器采用转子磁场定向的矢量控制策略，实现电机的调速和转矩控制目标。其次，针对独立控制方式的不足，提出了对双PWM变频器的一体化控制，并对该控制方式中的负载电流前馈控制做了详细的理论研究，通过仿真验证了该控制策略能有效抑制直流母线电压波动，提高系统的可靠性与抗干扰能力，减小对电容容量的要求，并有效的压缩系统体积和成本。昀后，利用Matlab7.0/Simulink对系统进行了仿真，验证了控制策略的正确性和有效性。在理论分析的基础上，设计了以TMS320LF2407A作为核心器件的双PWM变频调速系统的实验装置，获得了部分实验结果。关键词：双PWM；整流器；逆变器；矢量控制；负载电流前馈控制IIIAbstractWiththerapiddevelopmentofpowerelectronictechnologyandcontroltechnology,theacmotorvariablefrequencyspeedregulationtechnologyiswidelyused.Theharmonicpollutionproblemisbroughtbytraditionalinverterwhichadoptsuncontrolledorphasecontrolledrectifier.Dual-PWMinverterwhichbasedonPWMtechnologyhasarousedwidespreadconcern.Thiskindofdevicehasmanyadvantages,includingnetssidecurrentissinewave、thepowerfactorisapproachingto1、realizebi-directionalflowofenergy.Ofparticularimportanceisthatitcanactivelyeliminatetheharmonicpollutionproblem,improvetheinverterperformanceofspeedadjustment.Thebasicstructure，operationprincipleandmathematicalmodelofPWMrectifierarestudiedinthispaper.TheparametersofPIregulatorofvoltageloopandcurrentlooparedesigned.Bythemethodofvoltageorientedcontrol,theAC-sidecurrentcanbetransformationintoDCcurrent.Thiscanmakethesystemgetagooddynamicandstaticperformanceandsimplifythecontrolrequirements.ThePWMinverterusestherotorfield-orientedvectorcontrolschemetorealizetheelectricalmachineryvelocitymodulationandthetorquecontrol.Accordingtotheshortageoftheindependentcontrol,anintegrationcontrolstrategyfordual-PWMinverterisproposed.Detailedresearchofloadcurrentfeedforwardcontrolisalsopresented.Throughthesimulationresultsprovethecontrolstrategycaneffectivelyrestrainthedcbusvoltagefluctuation,improvethesystemreliabilityandanti-interferenceability,reducethedemandforcapacitancecapacityandcutdownthesystemvolumeandcost.Matlab7.0/Simulinkisused,andthesimulationresultsverifythesuggestedscheme.Basedontheabovestudy,experimentaldeviceofdual-PWMvariablefrequencysystemhasbeendesigned,includingTMS320F2407Aasmainapparatus.Experimentalresultsaretakenbyexperimentalstudy.Keywords:Dual-PWM;Rectifier;Inverter;Vectorcontrol;LoadcurrentfeedforwardcontrolV目录摘要...............................................................I目录...............................................................V1绪论..............................................................11.1课题研究背景与意义...............................................11.2双PWM变频器的发展和研究现状...................................21.3双PWM变频器控制策略概述.......................................41.4双PWM变频器目前存在的问题.....................................61.5本文研究的主要内容...............................................61.6本章小结.........................................................72三相PWM整流器及其控制策略研究..................................92.1单相电压型PWM整流器工作原理...................................92.2三相电压型PWM整流器数学模型..................................102.2.1三相电压型PWM整流器一般数学模型......................................102.2.2坐标变换................................................................152.2.3两相静止坐标系下的VSR数学模型.........................................162.2.4两相同步旋转坐标系下的VSR数学模型.....................................172.3三相VSR控制系统设计...........................................182.3.1三相VSR电流控制方法...................................................182.3.2电网电压定向矢量控制....................................................192.3.3三相VSR双闭环控制系统设计.............................................222.4三相VSR的电压定向双闭环矢量控制系统仿真与分析.................252.5本章小结........................................................293三相PWM逆变器及其控制策略研究.................................313.1三相PWM逆变器拓扑结构........................................313.2变频调速基本理论