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交流变频驱动系统关键技术及应用研究

王庆义  
【摘要】: 交流变频技术是近年来发展迅速的新技术,也是国家重点组织实施的资源节能综合利用技术之一。在世界能源紧缺的今天,变频调速技术的研究、推广应用有着重大现实意义和巨大社会、经济效益。研究各种高性能变频控制策略与技术,将变频技术提高到一个新水平成为国内外传动领域研究的热点。如何在保持系统成本前提下最大限度地提高系统的性能和可靠性成为未来电机控制的主要目标。本文以提高数字化交流变频驱动系统的性能和可靠性为目标,对诸如低速性能改善、调制策略、过电压问题等若干关键技术进行了较深入的理论分析与研究。 提高交流异步电机低速性能一直是一个难点问题,特别是在系统没有速度编码器下如何研究改善电机低速甚至零速的带载能力和稳速精度具有很大的挑战性。本文在分析开环增强型低速性能改善方法的基础上,比较了各种补偿技术在实现中的优势和缺点,对基于非线性气隙功率补偿方法进行了深入研究,结合矢量控制和标量控制的特点,给出最小限度的利用电机参数改善低速性能的补偿方法。通过分析系统特征方程的极点轨迹揭示定子电阻压降补偿以及低通滤波器对系统稳定性的影响。 逆变器的非线性特性对交流异步电机低速性能有重要影响。本文详细分析了逆变器输出的非线性特性及影响因素,重点对零电流夹断现象及其机理进行深入的研究,针对电流过零区间的非线性畸变提出了利用定子电流解耦以及电流矢量角度区间线性化的补偿方法。 理论分析了在电压利用率、谐波畸变、开关损耗等性能指标下的各种调制技术,特别对SVPWM方法和DPWM1方法进行了比较研究,得出在不同调制深度下分段采用不同调制策略的优化调制方法,为工程化实现提供理论依据。 从降低噪声和减少电磁干扰角度出发对各种随机PWM技术进行了分析和比较,在此基础上提出了一种零矢量-变延时的双随机PWM调制策略,该方法在简化数字化程序实现的同时,在调制比较低时有着独特的谐波频谱特性。 电机端过电压对系统的安全可靠运行产生很大的危害。本文对电机端过电压机理进行了研究,建立了电缆的高频数学模型、交流异步电机的高频-低频通用模型以及驱动系统的仿真平台。通过系统仿真平台分析并验证了两倍以内以及两倍以上过电压的现象,分析了过电压的影响因素,提出相应的软件、硬件抑制过电压的方法。 构建了TMS320LF2406A控制的变频调速试验平台和SaberDesigner框架的软件仿真通用平台,仿真和试验验证了本文的结论。


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