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《中国矿业大学》 2010年
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大功率三电平变换器关键技术及同步电机传动控制系统研究

李浩  
【摘要】: 大功率高性能交流传动一直是电力电子和电力传动领域的研究热点之一,将新型大容量开关器件、高性能控制策略和多电平拓扑结构研究结合起来是实现大功率高性能交流传动的有效途径和发展方向。 本文以大功率三电平同步电机控制系统为研究对象,重点对PWM调制算法、中点电位平衡控制、窄脉冲和死区补偿、PWM整流器虚拟磁链控制、同步电机混合气隙磁链观测模型、大功率三电平叠层母线设计和高性能全数字控制系统设计进行了系统和深入的研究。 在深入研究三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法的基础上,本文提出了一种和空间矢量算法等效的三电平载波调制算法(TCPWM)并给出的统一的零序分量表达式。该算法和空间矢量算法相比,不仅在输出畸变率、直流电压利用率等指标上和SVPWM算法完全相同,而且运算时间比三电平SVPWM节省1/3。同时,本文给出了基于等效载波调制的多电平载波调制算法,和多电平SVPWM算法相比,该算法不会增加运算时间,具有显著的优势和实用价值。 在等效载波调制算法的基础上,本文提出了调节零序分量控制因子的中点电位平衡方法,其效果和SVPWM中改变小矢量作用时间相同。在TCPWM算法的基础上,本文给出了两电平、三电平及多电平变换器的窄脉冲分布规律,并对不同情况下的窄脉冲分布给出了完整的补偿策略。 在分析电压型变换器死区效应及补偿策略的基础上,本文着重对死区补偿中的难点—零电流钳位效应进行深入研究,提出了一种指令电流参考坐标系旋转变换的方法进行死区补偿。 在对虚拟磁链定向三电平整流器的控制策略研究中,本文提出了一种基于预充电流定向角的虚拟磁链初值观测方法,真正实现了无网侧电动势传感器的PWM整流器控制。 通过对电励磁同步机交直交矢量控制系统的研究,本文提出了一种基于混合模型的气隙磁链观测模型,该模型不仅对电机参数变化具有较高的鲁棒性,而且能够平滑的实现高低速主要观测模型的切换。文中结合仿真和试验说明了该模型的正确性,并对现场运行实例进行了分析。 大功率系统的关键部件—低电感叠层母线的设计越来越受到业界的重视,本文结合有限元仿真工具,对大功率三电平系统的叠层母线设计方案进行了深入的分析,提出了叠层母线设计的思路并通过对比分析给出了优化设计方案。 大功率交流传动控制系统的核心在于全数字控制器的设计,本文设计了适用于高性能交流传动平台的多总线多单元全数字控制系统,结合“DSP+FPGA”设计思路,在硬件层面进行任务划分,大大提高了DSP的运算效率,为实现各种复杂控制算法做出了充分的准备。 经过大量仿真和试验证明,本文所提出的各类算法、控制策略和设计方案是正确有效的,并在2009年成功应用于矿山提升应用中。 该论文有图155幅,表12个,参考文献111篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM464

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