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矩阵变换器多电压矢量的电机直接转矩控制系统的研究

梁炳寅  
【摘要】: 本文以“基于矩阵变换器多电压矢量(长、短、零)的电机直接转矩控制”为主题,对矩阵变换器(MC)的多电压矢量进行了比较详细的阐述;研究了多电压矢量下矩阵变换器的基本原理,优点及空间矢量调制策略的可行性,分析了空间矢量调制策略的特点、基本算法与规律,在直接转矩控制理论的基础上,将矩阵变换器向交流电动机供电,得出了12扇区控制开关表,合理应用矩阵变换器的长、短、零电压矢量和直接转矩控制理论对电机进行调速,以实现高效、节能的交流调速系统,主要内容如下: 本文首先从矩阵变换器的工作原理出发,对矩阵变换器进行建模分析,引出其双空间矢量调制策略和虚拟等效电路,得出矩阵变换器的空间矢量开关组合表;针对矩阵变换器的安全换流问题,介绍了目前常用的四步换流法。然后简单分析了交流电动机的直接转矩控制的基本原理,论述了直接转矩控制的系统控制方法,指出将矩阵变换器的优良特性和直接转矩控制的优点结合在一起,可以构成对电网无污染、高性能的“绿色”交流调速系统,并可调节系统功率因数,保持功率因数为1。 最后,本文在以矩阵变换器为功率变换器的交流电动机直接转矩控制系统基础上,充分利用矩阵变换器三相输入端的大小电压来合成长、短、零电压矢量。并详细分析了不同电压矢量对转矩脉动的影响,以及不同电压矢量对系统功率因数的影响;同时,提出了一种5电平输出的新型滞环比较器,根据此滞环比较器的不同输出来判断转矩误差范围,通过对长、短、零电压矢量的合理使用,减小转矩脉动。 在实验方面,利用MATLAB/SIMULINK软件,模拟实际系统,搭建仿真模型,对基于矩阵变换器多电压矢量的电动机直接转矩控制系统进行仿真实验;对不同电压矢量组合作用(长电压矢量、长短电压矢量、长短零电压矢量)的仿真结果进行了分析;并进行初步的物理样机实验验证。结果表明,该控制策略能够有效地减小低速时的转矩脉动,提高磁链精度,增强系统的鲁棒性,使DTC系统的低速性能得到较大的提高。


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