收藏本站
《中国矿业大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

电励磁同步电机低开关频率控制技术研究

符晓  
【摘要】:在矿井提升、机车牵引等中高压大功率应用中,三电平交流变频调速驱动的电励磁同步电动机被广泛使用。为减小三电平变频器的开关损耗,提高其输出功率,需降低PWM变换器的开关频率;但随之带来输出谐波增加、动态性能下降等问题,传统控制方法不再适用。本课题针对三电平高压变频器驱动电励磁同步电机时,降低开关频率所引起的输出电流谐波畸变率增大、调速系统动态性能下降等问题进行系统建模及控制算法的研究。 首先,描述了本文研究所针对的电励磁同步电动机三电平变频调速系统的特点,分析了二极管中点箝位式(neutral point clamped,NPC)三电平PWM逆变器的开关特性,并介绍了所设计、使用的50kW同步电机实验装置。借助滑动傅立叶变换(sliding discrete fourier transform, sDFT)提取感应电压的基波成分,设计了一种基于sDFT的同步电机转子初始位置角检测方法。 其次,介绍了低开关频率下使用的PWM方法。给出了在低调制度下使用的线电压坐标系SVPWM和高调制度下使用的分段同步优化PWM方法,并提出了在开关频率的上限为500Hz的情况下,PWM分段同步调制方案的选取原则,及它们的数字实现方法。最后,提出了在低调制度区使用的平衡因子控制法和在高调制区使用的调整小矢量作用顺序的三电平变频器的中点电位平衡控制策略。利用复矢量信号流图对PWM变换环节进行建模,在对电流内环控制系统零极点图分析的基础上,提出了一种新颖的复矢量电流调节器。该调节器能有效改善降低开关频率造成的电流耦合现象,且具有较好的动稳态性能。对低开关频率下的PWM逆变器进行了复矢量建模,给出了电励磁同步电机的复矢量信号流图;接着分析常规PI调节器和带前馈补偿的PI调节器在低开关频率下的不足之处,然后基于零极点图分析进行了复矢量电流调节器的设计,并进行了实验验证。 在对电励磁同步电机磁链观测原理分析的基础上,提出了电流模型与电压模型的过渡方法。随着控制性能要求的提高,电流测量误差对电励磁同步电动机控制性能的影响愈加显著。本文采用谐振式观测器对实际的电流测量误差进行补偿;为了消除残余误差,采用了带残余误差补偿器的纯积分磁链观测器以精确观测磁链。使用优化的PWM方法无法通过采样直接获得基波电流,而低通滤波器在提取基波分量的同时造成相位滞后、幅值衰减,难以满足系统高性能调速要求。为改善这一问题,本文在对电励磁同步电机进行复矢量和矩阵相结合的建模基础上,结合现代控制理论的观测器原理,针对电励磁同步电机,设计了一种新颖的基于不同坐标系的混合定子基波电流观测器。该混合基波观测器能在低开关频率下实现定子基波电流的快速观测,并具有良好的动态跟踪性能。 最后研究了低开关频率下基于定子磁链轨迹跟踪的优化PWM开关角实时调整策略,解决了动态调速过程中使用离线计算的优化PWM模式引起的开关角紊乱、装置过流等问题。提出了低开关频率下电励磁同步电机的完整的控制方案,并进行了实验验证。实验结果验证了所提出控制方法的有效性。 该论文有图83幅,表5个,参考文献231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】:2011
【分类号】:TM341

手机知网App
【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张婷婷;袁庆庆;伍小杰;戴鹏;;大功率三电平PWM整流器控制系统研究[J];电气传动;2013年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 袁庆庆;双三电平PWM变频器低开关频率关键技术研究[D];中国矿业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 魏香龙;基于模型预测控制的永磁同步电机控制研究[D];北方工业大学;2014年
2 赵得刚;多电平逆变器空间矢量调制策略及电容电压平衡研究[D];兰州理工大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周璜;魏利平;吴晓峰;;最新传动装置-阿尔斯通MV7000型中压变频器的剖析[J];变频器世界;2005年10期
2 马小亮;;浅说大功率IGCT变换器的几个问题[J];变频器世界;2007年02期
3 章钧;;MV7000变频器PWM调制技术[J];变频器世界;2009年09期
4 马小亮;魏学森;;西门子的优化三电平PWM信号生成方法[J];变频器世界;2010年01期
5 官二勇;宋平岗;蒋一泉;;链式逆变器低开关频率的双波段研究[J];电工电能新技术;2006年01期
6 钟玉林;赵争鸣;白华;;对三电平变频器驱动电机的共模电压抑制的研究[J];电工电能新技术;2008年03期
7 张艳莉,费万民,吕征宇,姚文熙;三电平逆变器SHEPWM方法及其应用研究[J];电工技术学报;2004年01期
8 马小亮,魏学森;数字矢量控制和直接力矩控制调速系统中的电压模型[J];电工技术学报;2004年03期
9 郑春芳;张波;丘东元;;基于Walsh变换的多电平逆变器谐波消除技术(英文)[J];电工技术学报;2006年07期
10 张永昌;赵争鸣;;三电平逆变器SHEPWM多组解计算方法[J];电工技术学报;2007年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谢杨梅;;无刷直流电动机(BLDCM)转矩脉动抑制的电流跟踪型PWM控制[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2007年01期
2 杨玉东;刘保连;;基于模糊滑模控制器的PMSM伺服系统[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年06期
3 郭兴众;;直接转矩控制中无速度传感器技术的现状及发展[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年02期
4 李敏;陈其工;江明;;基于零矢量插入的矢量细分的PMSM直接转矩控制研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2009年01期
5 廖子庭;樊生文;冯建国;李正熙;;基于DSP2407的矢量控制三相异步电动机变频调速系统设计[J];北方工业大学学报;2006年03期
6 杨立永;陈智刚;李正熙;;基于DSP的异步电机定子磁场定向解耦控制策略研究[J];北方工业大学学报;2010年03期
7 樊生文;刘海山;李正熙;;永磁同步电动机伺服系统产品化设计与实现[J];北方工业大学学报;2011年01期
8 刁利军;刘志刚;孙大南;贾利民;;基于Lyapunov理论的交流传动系统建模和稳定性分析[J];北京交通大学学报;2010年05期
9 周明磊;游小杰;王琛琛;;低开关频率下PWM调制方法研究[J];北京交通大学学报;2010年05期
10 王琛琛;李瑞夫;周明磊;;基于TMS320F28335的SHEPWM数字实现[J];北京交通大学学报;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡存刚;;一种新型的光伏逆变器SHE-PWM开关模式研究[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 卢子广;谭峙;;采用异步发电机和PWM整流器的42伏汽车发电系统的一种电压控制策略及分析模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘志刚;李世华;;永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 卢子广;纵葵花;;采用爪极同步发电机和PWM整流器的汽车发电系统的高性能控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 管力明;林剑;胡更生;;基于滑模控制的无轴单张纸输纸机同步控制[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 张细政;王耀南;;永磁同步电机无位置传感器双滑模鲁棒控制研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 陈翠;孙衢;王旭光;;基于EKF的感应电机无速度传感器控制系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 王争光;金建勋;郭有光;詹跃东;朱建国;;基于SVPWM的永磁同步电机控制系统模型仿真[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 周渊深;;双馈风力发电机转子交叉耦合电压的解耦研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 刘慧贤;丁世宏;李世华;陈夕松;;基于有限时间控制的永磁同步电机位置伺服系统[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨金辉;数字化PWM逆变系统控制关键技术研究及其应用[D];湖南大学;2010年
2 万宇宾;交流伺服系统自适应滑模控制理论与方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年
4 撖奥洋;变速恒频风力发电系统故障特性与保护技术研究[D];华中科技大学;2010年
5 杨通;高速大推力直线感应电机的电磁理论与设计研究[D];华中科技大学;2010年
6 吕艳玲;超高压发电机失磁过程的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 陈江辉;Buck型逆变器高阶系统布尔型滑模控制及反馈线性化最优控制研究[D];华南理工大学;2010年
8 朱建光;六相永磁同步电动机驱动控制系统的研究[D];沈阳工业大学;2010年
9 赵国新;变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究[D];沈阳工业大学;2011年
10 于蓉蓉;光伏发电关键技术及电动汽车充电站可靠性研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨亮;基于DSP的交流异步电动机变频调速技术研究[D];安徽工程大学;2010年
2 凌刚;基于DSP+FPGA的永磁同步电动机伺服驱动器研究[D];安徽工程大学;2010年
3 高圆圆;基于FPGA的跑步机变频调速系统的设计研究[D];山东科技大学;2010年
4 岳殿霞;多电平Buck直流变换器技术的研究[D];长春理工大学;2010年
5 葛金法;感应电机矢量控制系统研究与实现[D];浙江理工大学;2010年
6 王瑞玲;无刷直流电动机调速算法及起动电路研究[D];郑州大学;2010年
7 潘胤卓;舰炮自动化弹库交流伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 郝春学;基于DSP的三电平异步电动机直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王晨光;基于Weis-Fogh机构的船舶电力推进系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 韩洪祥;船舶直驱式容积控制液压舵机系统的分析与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王兆安;陈桥梁;;集成化是电力电子技术发展的趋势[J];变流技术与电力牵引;2006年01期
2 彭方正;钱照明;罗吉盖斯;赖泽生;;现代多电平逆变器拓扑[J];变流技术与电力牵引;2006年05期
3 李永东;高跃;;多电平PWM控制技术发展[J];变频器世界;2006年03期
4 袁庆庆;戴鹏;符晓;伍小杰;;单相电力锁相环技术综述[J];变频器世界;2010年07期
5 陈伟;瞿文龙;陆海峰;;一种基于MRAS的异步电机速度辨识方法[J];电工电能新技术;2006年02期
6 田淳,胡育文;永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J];电工技术学报;2002年01期
7 李永东;高性能大容量交流电机调速技术的现状及展望[J];电工技术学报;2005年02期
8 郑春芳;张波;丘东元;;基于Walsh变换的多电平逆变器谐波消除技术(英文)[J];电工技术学报;2006年07期
9 高跃;李永东;;二极管钳位型五电平逆变器电容电压平衡域研究[J];电工技术学报;2008年01期
10 王琛琛;李永东;;多电平变换器拓扑关系及新型拓扑[J];电工技术学报;2011年01期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 蔡凯;多电平逆变器通用调制策略和电容电压平衡研究[D];华中科技大学;2010年
2 李浩;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[D];中国矿业大学;2010年
3 景巍;大功率三电平变频器功率器件损耗研究[D];中国矿业大学;2011年
4 林磊;双三电平供电异步电机直接转矩控制系统研究[D];华中科技大学;2007年
5 王翠;级联多电平逆变器SVPWM技术的算法研究与实现[D];湖南大学;2011年
6 王颖杰;LCL滤波的三相变换器并网关键技术研究[D];中国矿业大学;2012年
7 唐芬;直驱永磁风力发电系统并网技术研究[D];北京交通大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 区健昌,刘世勇;EMI滤波器插入损耗的理论计算与铁基纳米晶材料的应用[J];北京理工大学学报;1992年03期
2 曾江,倪以信,陈寿孙,张宝霖;有源滤波器电流控制新方法[J];电工电能新技术;2000年04期
3 刘超英;方波型逆变器总谐波失真度(THD)与其负载Q值的关系[J];电工电能新技术;2002年01期
4 吴学智,刘亚东,黄立培;三电平电压型逆变器空间矢量调制算法的研究[J];电工电能新技术;2002年04期
5 张旭,瞿文龙;一种低速下磁链观测补偿的新方法[J];电工电能新技术;2003年03期
6 刘耀年,刘岱;基于同伦神经网络的短期负荷预测研究[J];电工电能新技术;2004年03期
7 王庚,李永东,游小杰;级联式并联有源电力滤波器的控制[J];电工电能新技术;2004年04期
8 曹建荣,虞烈,魏泽国,王勉华;基于逆系统理论的感应电动机解耦控制的研究[J];电工技术学报;1999年01期
9 陈冲,齐虹;非线性状态反馈解耦控制的交流数字调速系统[J];电工技术学报;1999年01期
10 葛宝明,蒋静坪,张国宏;永磁同步电机磁阻转矩的有效利用及其预测控制系统[J];电工技术学报;2000年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李海山;基于IGCT的中压大容量三电平NPC逆变器PWM技术和缓冲电路的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2005年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李颖,谢卫,周新;用电压积分法测定同步电机交叉饱和电感[J];电机技术;2003年02期
2 陈保进,朱熀秋,王德明;无轴承永磁同步电机基本原理及研究现状[J];排灌机械;2003年01期
3 高瑾;胡育文;;调速型永磁同步电机参数优化设计的一种图形化方法[J];电工技术学报;2006年04期
4 马盟盟;吕振;;永磁同步电机直接转矩控制系统[J];辽宁工程技术大学学报;2006年S1期
5 叶劲松;郭雨田;;同步电机启动时跳闸分析[J];江苏水利;2006年07期
6 王步来;;高效节能永磁同步电机的设计研究[J];电机技术;2006年02期
7 李永刚;尹永雷;;基于双CPU的永磁同步电机全数字伺服系统设计[J];电气技术;2006年10期
8 石坚;汤宁平;谭超;;永磁同步电机无位置传感器控制系统[J];电机与控制学报;2007年01期
9 欧阳红林;成兰仙;;多相永磁同步电机模糊神经网络控制调速系统[J];电机与控制学报;2007年02期
10 高敏;;永磁同步电机速度环的滑模变结构控制[J];科技广场;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄明星;叶云岳;范承志;;复合永磁同步电机的设计与分析[A];2006年全国直线电机学术年会论文集[C];2006年
2 刘贤兴;霍群海;;优化的永磁同步电机滑模变结构控制仿真[A];2006中国电工技术学会电力电子学会第十届学术年会论文摘要集[C];2006年
3 张瑜;路尚书;李崇坚;赵晓坦;李凡;段巍;安虹;雷鸣;;三电平同步电机转子磁场定向控制系统介绍[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年
4 张瑜;路尚书;李崇坚;赵晓坦;李凡;段巍;安虹;雷鸣;;三电平同步电机转子磁场定向控制系统介绍[A];2008全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集[C];2008年
5 王本振;柴凤;程树康;;径向和切向结构永磁同步电机的性能研究[A];第十三届中国小电机技术研讨会论文集[C];2008年
6 尹忠刚;钟彦儒;张瑞峰;曹钰;;永磁同步电机无速度传感器新颖控制策略综述[A];第三届数控机床与自动化技术专家论坛论文集[C];2012年
7 孙永海;刘建明;高建民;;一起同步电机不能拖动负载的故障探讨[A];鲁冀晋琼粤川辽七省金属(冶金)学会第十九届矿山学术交流会论文集(机械电气卷)[C];2012年
8 王丽梅;;电动汽车永磁同步电机控制器硬件设计[A];西南汽车信息:2011年上半年合刊[C];2011年
9 龙晓军;于双和;杨振强;杜佳璐;;基于自抗扰技术的永磁同步电机调速方法[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集(第一分册)[C];2011年
10 朱洪成;谢宝昌;;独立变桨永磁同步电机设计[A];第十八届中国小电机技术研讨会论文集[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 张永法;F2TP永磁同步电机掀起节能革命[N];中国纺织报;2007年
2 罗晖;尤尼康欲领航国产高端变频器市场[N];科技日报;2008年
3 世淮;变频器发展趋势浅析[N];中国电力报;2006年
4 杨雄飞;轧机高效传动技术[N];世界金属导报;2012年
5 陈开胜;变频器发展凸显六面[N];中国电力报;2007年
6 文利;自主创新破题国产高端变频器[N];中国高新技术产业导报;2008年
7 本报记者 高博;好看好玩好用的新玩意儿[N];科技日报;2013年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 史婷娜;低速大转矩永磁同步电机及其控制系统[D];天津大学;2009年
2 王松;永磁同步电机的参数辨识及控制策略研究[D];北京交通大学;2011年
3 严欣平;无轴承永磁同步电机电磁设计与控制策略研究[D];重庆大学;2008年
4 江善林;高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 张辉;永磁同步电机变频驱动鲁棒控制策略研究[D];中国矿业大学;2011年
6 杨建飞;永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 刘侃;永磁同步电机多参数在线辨识研究[D];湖南大学;2011年
8 钱苗旺;基于现代控制理论的永磁同步电机控制研究[D];中国矿业大学;2013年
9 吴世华;电动汽车用永磁同步电机设计方法及相关问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 侯利民;永磁同步电机传动系统的几类非线性控制策略研究及其调速系统的实现[D];东北大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗锋;电梯用永磁同步电机的设计[D];湖南大学;2008年
2 王磊;永磁同步电机非线性控制算法研究[D];大连海事大学;2009年
3 俞佳琦;新型永磁同步电机的控制系统设计[D];浙江大学;2010年
4 李亚楠;三级式同步电机变频交流起动/发电系统的研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 郑超迪;基于自适应永磁同步电机直接转矩控制系统的研究[D];华南理工大学;2011年
6 霍群海;永磁同步电机直接转矩控制系统研究[D];江苏大学;2006年
7 张舒童;永磁同步电机无位置传感器控制技术研究[D];南京理工大学;2008年
8 罗旭堂;混合动力汽车永磁同步电机控制系统研究[D];哈尔滨理工大学;2011年
9 徐福增;电动汽车用永磁同步电机设计及关键技术研究[D];沈阳工业大学;2012年
10 吴利刚;基于模糊逻辑的永磁同步电机控制算法研究[D];大连海事大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026