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基于DSP的感应电动机四象限运行系统的研究

郭文博  
【摘要】:从20世纪60年代后期,感应电机以其低成本,高可靠性以及对环境很强的适应能力,在宽广的工业应用领域取代了直流电机。然而,随着各种先进的控制策略提出,新的问题也逐渐出现。首先,传统的调速系统中由于前端采用不可控整流器,会带来诸如:能量无法双向流动、网侧电流的非正弦化会对电网造成“污染”,限制了变频器的应用范围。此外,在各种控制策略中用到的多种传感器也会增加系统成本,降低系统工作的稳定性。 随着电力电子技术的发展,尤其是PWM可控整流技术的提出,为实现感应电动机四象限运行提供了必要的条件。PWM可控整流器可以实现网侧电流的正弦化,并且运行于单位功率因数,还可以控制能量双向流动,弥补了二极管整流的不足,是现代整流的必然趋势。论文在深入分析国内外有关文献的基础上,提出了一种新型的感应电机四象限运行系统的控制策略。 首先,文章介绍了感应电动机四象限运行的工作原理,从能量的角度分析了感应电动机四象限运行的过程,以及在电机运行于不同状态时PWM可控整流器的作用。并从感应电动机四象限运行系统的数学模型出发,分别提出了前端的PWM可控整流控制策略和后端的感应电机转子磁场定向矢量控制策略。 然后,为了进一步简化系统结构,减小由过多传感器带来的不便,论文针对四象限运行系统的前后两部分,分别提出利用电流偏差调节方法闭环辨识电网电动势,利用交互式模型参考自适应方法同时辨识转子转速与定子电阻,以尽量减少传感器的使用数量。在Matlab/Simulink中对所设计的感应电动机四象限运行系统建模,分别在PWM可控整流与不可控整流条件下,对感应电动机四象限运行进行了仿真试验,通过仿真结果的对比分析可以看到四象限可控运行的优势,验证了理论的正确性。 最后,以TI公司的DSP2812为控制器搭建了感应电机四象限运行系统硬件试验平台,对其中的主要硬件电路和软件程序设计做了介绍,由于试验条件有限,本文只对PWM整流器和感应电机矢量控制系统分别进行了实验验证,并对实验结果进行分析,验证本文提出的四象限运行系统的可行性。


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