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级联型高压变频器及其矢量控制的研究

苏倩  
【摘要】:高压变频调速技术涉及大功率交流电动机的各类负载节能和调速,是电力电子领域的一个制高点技术。高压变频器不像低压变频器一样具有成熟一致的拓扑结构,高压变频器的主要的拓扑结构为H桥级联型多电平逆变器,这是因为它具有具有模块化工程设计、利用低压元器件实现逆变器高压输出、便于逆变器故障冗余设计等优点。由于H桥级联型逆变器需要实时控制和众多的功率开关器件,对于它的调制方法也一直是研究的难点和热点,本文着重研究了适合H桥级联型逆变器的多种调制方法,并且找出它们之间的相互关系和规律,对于不同的调制方法都进行了理论分析、仿真与实验验证,为了提高H桥级联型逆变器在高压变频领域的控制性能提供一些有效可行的方法。 本文以H桥级联型逆变器相移SPWM为基础,把它的产生脉冲的方式调整为SVPWM,提出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM”。SVPWM在二电平逆变器高性能的矢量控制中有广泛运用。SVPWM实质上也是由SPWM演变而来,但是SVPWM只适用于只有八个开关状态的二电平逆变器,而不能直接运用于具有大量开关状态的H桥级联型逆变器。本文从H桥级联型逆变器的拓扑结构入手,提出了H桥级联型逆变器电压输出实质是其各H桥左桥臂形成的二电平逆变器组与各H桥右桥臂形成的二电平逆变器组的输出电压之差,从而利用相移原理与SVPWM结合,提出了适合于H桥级联型逆变器的“相移SVPWM”。本文还对H桥级联型逆变器基于相移SVPWM对电机实行“转子磁场定向的矢量控制”进行了深入研究,可以实现电机转矩电流与励磁电流的解耦控制,维持励磁电流不变,控制转矩电流就可实现对电机转矩的控制。 对以上本文提出的各种调制方法在理论分析的同时,在文中辅以大量的仿真波形,说明了所提方法的正确性与有效性。 本文最后对H桥级联型逆变器在高压变频领域的应用进行了工程化设计。对H桥级联型逆变器主要控制部分电路进行了软硬件设计。


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