收藏本站
《浙江大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

异步电机高性能变频器若干关键技术的研究

王斯然  
【摘要】:异步电机变频调速系统具有重要的实用价值和广阔的市场空间,而研究和推广高性能的变频器是提高生产生活水平、促进节能减排、减少电网污染的有效途径,所以这也是人类社会实现科技进步和可持续发展的迫切需要。本文在调研异步电机相关控制技术和变频器硬件实现结构的基础上,主要对变频器传动单元中有利于降低系统成本、提高可靠性和适用性的无速度传感器矢量控制技术以及供电单元中有利于改善网侧电流质量、提高能源利用效率的有源前端实现结构进行了较深入的研究,并提出了一些新的解决方案。 首先,本文在分析了几种适用于无速度传感器矢量控制的磁链观测结构的基础上,对转速自适应型全阶磁链观测器进行了较深入的研究。通过线性化小信号模型的方法说明了传统设计方案在低速再生制动工作状态下所存在的不稳定问题,进而提出了一种能够解决这一问题的全阶观测器反馈增益矩阵改进设计方法。然后,在设计并实现了异步电机无速度传感器矢量控制硬件系统的基础上对改进方案进行了实验,实验结果证明所提出的改进方案确实可以拓展无速度传感器控制在低速范围内的稳定工作范围。 其次,本文从实际应用的角度出发分析了常见非理想因素对全阶磁链观测器的影响并研究了相应的解决方案。针对电机参数误差对于全阶观测器中磁链观测和转速估算准确性的影响,本文在综合考虑磁链和转速之间耦合关系的基础上进行了详细的理论分析,并且结合系统仿真结果总结了观测误差随不同参数变化的规律。然后分别对电机参数的全静止状态自整定方法和在线辨识方法进行了不同程度的分析和实验。针对传动单元中逆变器硬件系统实现过程中的非理想因素,则分别研究了数字化、采样、死区效应等三个方面。在数字化问题上分析了常用离散化方法应用于全阶磁链观测器时的优缺点,进而提出并实验验证了一种正向差分与双线性变换相结合的离散化方案。所提出的方案能够同时实现较高的精度和较少的运算量,一定程度上解决了高开关频率应用场合中离散化全阶观测器的实用问题。在采样问题上主要分析了定子电流采样不同频率范围误差对全阶观测器转速估算和磁链观测的影响,并说明了合理设计定子电流采样环节的重点问题。在死区效应的问题上详细分析了电压源逆变器死区效应的产生机理以及对观测器定子电压重构的影响,并在此基础上提出了一种考虑电流过零阶段的电流状态判断电路和方法,以及相应的死区补偿方案。理论分析和实验结果证明该方案可判断出逆变器输出电流的瞬时极性以及两种不同的过零状态,并可根据判断结果选择最适合的死区补偿量来提高死区补偿的准确性,从而有效地减小定子电压重构误差对磁链观测的影响。 最后,本文对变频器中基于LCL型滤波器的有源前端供电单元的设计及其网侧电流优化控制技术的研究与实验。在分析了系统硬件参数和控制方案设计原则的基础上,实现了完整的以有源前端结构作为供电单元的变频器硬件样机,并对系统的驱动和回馈制动能力进行了实验。同时也分析了在电网电压畸变的条件下系统网侧电流谐波的抑制能力,并说明了LCL滤波器谐振问题给传统控制方案带来的局限性,进而对改进控制方案进行了研究和实验。一方面从稳定性条件、补偿函数设计、以及谐波抑制特性等方面对两种结构的复合重复控制方案进行了详细的分析,并结合实验总结了两种实现结构各自的优缺点和适用性;另一方面在反馈电容电压的有源衰减方案的基础上,提出了应用降阶观测器观测电容电压代替直接使用传感器对电容电压进行采样的方法来实现有源衰减的方案,而且也通过实验结果证明了该方案能够在不增加系统硬件成本和复杂度的同时实现有源衰减并提高控制性能。另外,也根据实验结果对比了重复控制和有源衰减应用于本系统时各自的优缺点。 总之,本文以改善性能和提高实用价值为主要目标对异步电机变频器中的一些关键技术进行了研究。研究过程中提出了一些新的思路或改进方案,而且也通过大量的实验对所作分析和所提方案进行了验证。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TM343

免费申请
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陆文斌;基于电压电流模型磁链观测器的感应电机无速度传感器控制研究[D];浙江大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱照明;盛况;;大功率半导体器件的发展与展望[J];大功率变流技术;2010年01期
2 ;飞跃式增长的低压变频器市场——摘自我司研究部《2011年中国低压变频器市场研究报告》[J];变频器世界;2011年04期
3 陈硕,薛昭武;电压型PWM逆变器输出误差分析及其补偿[J];电工技术学报;2001年02期
4 刘亮,邓名高,欧阳红林,周马山;基于预测电流控制的PWM逆变器死区补偿方法研究[J];电工技术学报;2005年08期
5 刘军锋;李叶松;;死区对电压型逆变器输出误差的影响及其补偿[J];电工技术学报;2007年05期
6 何志明;廖勇;向大为;;基于改进层叠式可编程低通滤波器的磁链观测方法[J];电工技术学报;2008年04期
7 史黎明;王珂;李耀华;;基于改进磁链观测器的直线异步电动机直接牵引力控制[J];电工技术学报;2008年09期
8 何正义;季学武;瞿文龙;;一种新颖的基于死区时间在线调整的SVPWM补偿算法[J];电工技术学报;2009年06期
9 小林贵彦;金原义彦;李东钰;;感应电机离线参数辨识方法[J];电力电子;2009年03期
10 章纪锋;郭雷;江勇;;我国低压变频器市场分析[J];电器工业;2011年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张春,郭兴众;双环模糊调速系统的设计与仿真研究[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年02期
2 刘春英;朱兵;;在负功率下四象限变频器的DTC直接转矩控制的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2011年05期
3 汪小平;洪乃刚;范国伟;;电机和电力拖动控制系统课程虚拟实验的开发[J];安徽工业大学学报(社会科学版);2007年05期
4 韦韫;邵陆寿;;变量施药系统电机调速的仿真研究[J];现代农业科技;2006年06期
5 周小群;交流变频调速中的直流制动[J];安徽技术师范学院学报;2005年03期
6 杨兴义;;变频系统在风机节能中的应用[J];安庆科技;2004年02期
7 陈世军;郭智生;江善和;;永磁同步电机伺服控制系统的Matlab仿真研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年04期
8 乔志杰;程翠翠;;直流调速系统的模糊控制及仿真研究[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2011年01期
9 王彦全;王海洋;刘继广;;智能化液体给定装置电控系统的分析与设计方案[J];白城师范学院学报;2008年06期
10 王刚;;具有实时语音播报运动木棒长度计量仪的设计[J];白城师范学院学报;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡伟明;;基于STM32纯电动汽车电驱控制研究[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
2 陈秀;刘勇夫;冀晓童;高扬;徐青;王辉;;基于起停式飞剪矢量控制系统的研究[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
3 朱熀秋;李烽;潘伟;孙晓东;;无轴承异步电机转子磁场定向控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 王立强;雷美珍;卢琴芬;叶云岳;;大气隙直线感应电机矢量控制系统建模与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 朱通;朱熀秋;孙永波;郝晓红;;无轴承永磁薄片电机试验平台及驱动系统设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 虞正民;颜文俊;包哲静;;基于损耗模型和模糊搜索的异步电机最优效率控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 刘星桥;韩辉;鲍丰亮;;基于霍尔元件的永磁同步直线电机伺服控制系统[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 潘海鹏;冯孝燕;苏良瑶;;基于模糊PID复合前馈控制的电脑横机定位控制系统[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
9 刘星桥;陈功;韩辉;;基于端口受控哈密顿的永磁同步直线电机控制方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
10 宋慧峰;解小华;贾晓彦;张爱春;;直流调速系统的新型设计方法的研究与仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
2 谢斌;并联型有源电力滤波器谐波检测及控制技术研究[D];华中科技大学;2010年
3 杨波;基于并网逆变器电能质量与变换效率的若干关键技术研究[D];浙江大学;2010年
4 刘春喜;大容量400Hz中频逆变器拓扑和数字控制技术研究[D];浙江大学;2010年
5 张红娟;变转速泵控差动缸及低能耗注塑机技术研究[D];太原理工大学;2011年
6 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
7 汪洪亮;逆变器并联系统若干关键问题研究[D];华中科技大学;2011年
8 陈仲伟;基于飞轮储能的柔性功率调节器关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
9 覃海涛;交流伺服系统自调整技术研究[D];华中科技大学;2011年
10 蔚兰;分布式并网发电系统低电压穿越问题的若干关键技术研究[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 于张喜;立式刨切机机构设计优化[D];山东科技大学;2010年
3 田恩国;基于EKF无速度传感器矢量控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
4 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
5 翟清震;电流型Z源逆变器主电路控制策略研究[D];山东科技大学;2010年
6 魏光宇;二维转台控制系统[D];长春理工大学;2010年
7 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
8 李文博;兆瓦级风机变桨系统研究[D];郑州大学;2010年
9 秦余钢;船模自航试验遥控测试研究[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8条
1 祝龙记,王宾;基于MRAS速度辨识矢量控制系统的仿真研究[J];电工技术学报;2005年01期
2 周亚丽;李永东;郑泽东;;基于MRAS的感应电机无速度传感器矢量控制[J];电气传动;2009年04期
3 唐开山;;高效节能电机技术发展动态[J];广西轻工业;2010年01期
4 吕明磊;;浅谈变频器应用现状与发展趋势[J];机电信息;2012年03期
5 李彪;刘新正;李黎川;;具有低通滤波的改进电压型磁链观测器[J];西安交通大学学报;2009年12期
6 周渊深;异步电动机解耦控制策略综述[J];中小型电机;2005年06期
7 蔡焱钢;南余荣;;一种用于无速度传感器异步电机控制的自适应滑模观测器[J];电机与控制应用;2008年01期
8 宋文祥;姚钢;周文生;陈陈;;异步电机全阶状态观测器极点配置方法[J];电机与控制应用;2008年09期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈甫;一种无测速定子磁链观测器的研究[J];电工技术学报;2001年01期
2 白华;赵争鸣;张永昌;张海涛;袁立强;;最小脉宽特性对高压三电平变频器的影响[J];电工技术学报;2006年12期
3 王妍,杜军红,陶伟宜,陈永校;基于DSP的空间电压矢量法PWM的研究[J];电机与控制学报;2000年02期
4 许强,贾正春,李朗如;永磁同步电机的自适应预测电流控制[J];电气传动;1997年04期
5 罗慧;刘军锋;万淑芸;;感应电机参数的离线辨识[J];电气传动;2006年08期
6 赵争鸣;白华;袁立强;;电力电子学中的脉冲功率瞬态过程及其序列[J];中国科学(E辑:技术科学);2007年01期
7 陈国柱,吕征宇,钱照明;有源电力滤波器的一般原理及应用[J];中国电机工程学报;2000年09期
8 杨贵杰,孙力,崔乃政,陆永平;空间矢量脉宽调制方法的研究[J];中国电机工程学报;2001年05期
9 张桂斌,徐政,王广柱;基于空间矢量的基波正序、负序分量及谐波分量的实时检测方法[J];中国电机工程学报;2001年10期
10 冯光,黄立培,朱东起;采用自抗扰控制器的高性能异步电机调速系统[J];中国电机工程学报;2001年10期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 满永奎;李五一;唐巍;;PLC控制的飞轮储能系统[J];控制工程;2009年S2期
2 陈小马;高三平;;浅谈普通异步电机与变频电机[J];有色冶金节能;2010年04期
3 陈跃宏;刘安俊;;单元串联多电平型变频器的设计及应用[J];安徽建筑;2011年02期
4 耿欣;林中达;张龙;娄清辉;俞伟伟;;基于CC-Link的PLC控制电机变频调速系统的设计与实现[J];工业控制计算机;2011年01期
5 黄王英;;艾默生变频器在液位自动控制中的应用及其节能效果[J];电机与控制应用;2007年03期
6 张凯;陈景熙;袁鹏;;变频器LC滤波器引起的异步电机自激及其抑制[J];电力电子技术;2006年06期
7 崔成旺;;变频器非正弦激励对异步电机的影响及解决办法[J];中国电力教育;2006年S1期
8 奚国华;高宏洋;许为;喻寿益;桂卫华;;定子磁链全阶观测器增益矩阵的确定方法[J];中南大学学报(自然科学版);2008年04期
9 余永来;;变频器在起重机上的应用[J];煤炭技术;2008年04期
10 余瑜;刘开培;;基于电阻能耗制动和双频制动的新型电机制动方法的研究[J];电力电子;2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴慰;黄烜;;三相交流异步电机控制系统仿真[A];中南六省(区)自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年
2 谢卫才;林友杰;彭磊;谢澍;;基于双CPU的电机节能控制[A];第十六届中国小电机技术研讨会论文摘要集[C];2011年
3 刘峰;徐金榜;沈安文;;基于Saber的异步电机无速度传感器调速系统研究?[A];中南六省(区)自动化学会第二十九届学术年会论文集[C];2011年
4 赵波;厉虹;;异步电机定位控制方法研究[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
5 李明;马小平;陈斌;;矩阵变换器异步电机直接转矩控制系统研究[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
6 王坚;桂卫华;李祥飞;年晓红;黄济荣;;基于恒定开关频率空间矢量调制的异步电机间接转矩控制[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
7 邓玉平;栗书增;王东飞;;康宁异步电机在中国电网下运行的浅析[A];2005年电子玻璃学术交流研讨会论文集[C];2005年
8 徐建华;姚来强;;异步电机直接转矩控制系统的设计与仿真[A];自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C];2008年
9 姚来强;徐建华;;异步电机直接转矩控制系统的设计与仿真[A];第九届全国电技术节能学术会议论文集[C];2007年
10 李谦祥;胡静涛;;基于虚拟仪器的异步电机试验系统与应用[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 河南 张新勇;小型变频器在大容量异步电机水电阻软启动中的应用(下)[N];电子报;2010年
2 山东 孙兆欣;单向异步电机的三种切换法[N];电子报;2004年
3 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
4 罗晖;尤尼康欲领航国产高端变频器市场[N];科技日报;2008年
5 江苏 刘晓林;单相输入变频器的应用[N];电子报;2001年
6 记者 申东;兴平公司请节能专家“省”出2000多万[N];宁夏日报;2007年
7 程军 李金;异步电机电蚀集电环的处理[N];中国有色金属报;2005年
8 曲冬辉;如何用现场总线控制ACS800系列变频器[N];中国纺织报;2006年
9 山东 刘国起;应用变频器节能一例[N];电子报;2007年
10 杨程;机床用变频器市场潜力待挖掘[N];中国工业报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王斯然;异步电机高性能变频器若干关键技术的研究[D];浙江大学;2011年
2 赵海森;超高效异步电机损耗模型及降耗措施研究[D];华北电力大学(北京);2011年
3 刘丽英;线性自抗扰控制策略在异步电机调速系统中的应用研究[D];天津大学;2010年
4 方攸同;异步电机测试技术与可靠性研究[D];河北工业大学;2001年
5 李磊;异步电机无速度传感器直接转矩控制系统的研究与实践[D];南京航空航天大学;2001年
6 苏位峰;异步电机自抗扰矢量控制调速系统[D];清华大学;2004年
7 林友杰;异步电机变频调速节能控制运行研究[D];福州大学;2006年
8 姚绪梁;减摇鳍的动态水动力特性及电伺服系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
9 张立伟;电动汽车用异步电机系统效率优化控制研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2006年
10 张伟;无转速传感器异步电机矢量控制系统控制方法的研究[D];浙江大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尚敬;基于DSP的异步电机磁场定向控制系统研究[D];西南交通大学;2003年
2 吴婷;基于MRAS的模糊自适应异步电机矢量控制的研究[D];湘潭大学;2010年
3 林家泉;异步电机直接转矩控制系统的设计[D];辽宁工程技术大学;2003年
4 别红波;异步电机直接转矩控制研究与系统开发[D];大连理工大学;2005年
5 冯杏辉;基于CAN总线的嵌入式变频调速系统的研究与实现[D];东华大学;2011年
6 陈启明;异步电机的单神经元直接转矩控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王会刚;采用单片机实现两相异步电机的SVPWM控制[D];合肥工业大学;2003年
8 吕明;基于无纺设备的控制系统设计[D];南京理工大学;2004年
9 张鹏;基于DSP异步电机矢量控制系统的软件开发与研究[D];武汉理工大学;2002年
10 张永康;考虑铁损的异步电机最大效率矢量控制系统的研究[D];武汉理工大学;2005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