逆变器供电异步电动机低频振荡及转矩脉动的研究

【摘要】： 论文从理论及实践两方面对逆变器供电异步电动机变频调速系统的低频振荡、转矩脉动进行了深入研究，内容包括以下几个部分： 第一部分研究系统低频振荡的模拟和判据。首先引入开关函数概念，建立了正弦脉宽调制(SPWM)逆变器供电异步电动机，考虑主磁路饱和时的变频调速系统整体数学模型，模拟系统的低频振荡；其次从逆变器-异步电动机系统能量转换角度出发，提出通过检测逆变器输入电流中负电流的间隔时间是否大于1/f_c(f_c为逆变器载波频率)来判定系统是否出现低频振荡；最后的实验结果验证了系统低频振荡建模和判据的实用性和正确性。 第二部分全面研究了系统的混沌运动。推导并建立了计及死区时间的逆变器-异步电动机系统数学模型，根据混沌动力学相空间重构理论，采用非线性系统时滞方法，研究系统通往混沌的途径，重构系统稳态至混沌的吸引子，阐明系统混沌运动的基本特点。应用H.kantz方法对电机电流信号的时间序列分析，实现了最大李亚普诺夫指数的具体算法，提出了电机出现混沌运动的判定根据，通过特征指数验证了异步电动机现象的存在，从理论上说明混沌运动是异步电动机系统产生低频振荡的原因之一。 第三部分深入研究了系统低频振荡的主要影响因素。首先建立了固定于定子坐标系中PWM逆变器-异步电动机小信号模型的基础，研究电机参数对系统低频振荡的影响；其次，通过逆变器非线性工作特性的分析，研究并揭示了逆变器死区时间与系统低频振荡的内在关系，考虑逆变器死区时间、载波频率的变化对系统低频振荡的影响；最后总结出提高和改善系统稳定运行的电机设计和逆变器V/f_c曲线设置准则。 第四部分提出了抑制系统低频振荡的三种措施。措施一是在总结常用死区补偿方法的基础上，提出脉冲为基础的死区时间补偿法(PBDTC)对死 沈阳工业大学博士学位论文 区进行补偿，抑制系统的低频振荡;措施二是从逆变器与电机的机电一体 化配合更加完善的角度，首次提出采用不连续空间矢量调制策略DPWM 抑制系统的低频振荡;措施三是通过对系统中电机参数的调节，达到抑制 系统低频振荡的目的;最后进行了实验验证。 第五部分论文对系统在理想逆变器供电、计及死区时间的逆变器供电 系统运行于SPWM、SVPWM、THIPWM、MT卫WM不同调制策略下的转 矩脉动进行研究，寻求逆变器一异步电动机系统运行时减少转矩脉动的最佳 PWM调制策略。