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摘 要

为了提高交流调速系统的运行性能并满足节能的要求，提出了一种适用于矩阵式变换器驱动异步电动机调速系统的组合控制策略，同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电动机的直接磁场定向矢量控制。该控制策略将矩阵式变换器的优点和矢量控制的优点结合起来，实现了异步电动机的高性能控制。仿真结果表明：使用该控制策略的调速系统在加减速运行和负载转矩变化等场合均具有良好的动态性能；四象限运行结果证明了该系统可将能量回馈至电网，实现了节能的目的。稳态运行实验结果验证了上述控制方法的可行性和有效性。

关键词：异步电动机，矩阵式变换器，空间矢量调制，矢量控制

Abstract：In order to improve the operating performance AC drive system and meet the energy requirements, we propose a suitable combination of matrix converter driven asynchronous motor speed control system control strategy, while achieving a matrix converter space vector modulation and asynchronous motors direct field oriented vector control. The advantage of the control strategy of the advantages of matrix converter and vector control combine to achieve a high-performance control of induction motor. Simulation results show that: the use of the control strategy in acceleration and deceleration speed control system operation and load torque changes and so have good dynamic performance; four-quadrant operation results show that the system can be fed back into the energy grid to achieve the purpose of energy saving . Steady-state operation Experimental results demonstrate the feasibility and effectiveness of the control method.

Keywords: induction motor, matrix converter, space vector modulation, vector control

目录

1 前言 5

2 矩阵式变换器 6

2.1矩阵式变换器国内外发展情况及方向 6

2.1.1矩阵变换器国外的研究发展 6

2.1.2矩阵式变换器国内的研究发展 7

2.1.3矩阵式变换器的发展方向 8

2.2矩阵式变换器的控制策略 9

3 基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统基本原理 10

3.1异步电动机矢量控制基本原理 10

3.1.1矢量变换的原理及实现方法 11

4 基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制数字系统的软件设计 12

4.1 TMS320F2812芯片概况 13

4.2基于DSP矢量控制系统基本组成 13

4.3基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统DSP软件设计 13

4.3.1采样电流及参数的规格化 14

4.3.2 坐标变换 15

4.3.3 sinθ和cosθ的计算 15

4.3.4 转子磁链位置的计算 15

4.3.5 增量式编码器速度检测 17

结论 19

参考文献 20

致谢 21

1 前言

七十年代初，德国学者F . Blasschke等人通过直流电动机与交流电动机比较的方法，首先提出了异步电机磁场定向控制理论，即矢量控制理论^[1]。它模仿直流电动机的控制，以转子磁场定向，用矢量变换的方法，实现对交流电动机的转速和磁链控制的完全解祸，使人们看到，交流电动机尽管控制复杂，但同样可以实现转矩、磁场独立控制的内在本质。矢量控制技术开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河，对交流调速系统来说有着划时代的意义。矢量控制理论的提出和成功应用，为交流传动控制奠定了坚实的理论基础，也激发了人们研究高性能交流调速系统的兴趣和热情。

今天，交流调速系统已经基本上取代了直流调速系统，其应用范围几乎覆盖了整个工业领域，交流调速进入了多样化、普及化的时代。但是，应用于交流调速的各种电力变换装置在给国民经济带来巨大效益的同时，也对国民经济赖以生存和发展的电能质量造成了前所未有的严重污染^[2]，其中最突出的缺陷是对电网造成的谐波污染。谐波污染影响到整个电力系统的电气环境，并对电力系统本身和广大用户的各种电气设备甚至其他用户和设备会造成极大的危害，如导致电能损耗增加、对继电器等自动控制装置产生干扰、引起无功补偿电容器组谐振等诸多负面效应，电力电子装置所产生的谐波污染己成为阻碍电力电子技术自身发展的重大障碍，也抑制了矢量控制系统性能的发挥^[3] 。

因此，研制并使用具有优良控制性能和品质的电力变换器，使其具有可控的输入功率因数且不对电网造成谐波污染是一种较为积极的办法。在这种情况下，从事电力电子技术研究和开发的人们开始探讨各种新型的电力变换器主电路拓扑结构，许多学者在矢量控制研究中引入了新型的电力变换器一矩阵式电力变换器，也称为矩阵式变换器或矩阵变换器时（Matrix Converter MC）。矩阵变换器以其简单的拓扑结构及诸多的理想特性，吸引着越来越多学者的目光，三相-三相矩阵变换器电力变换主电路如图1-1所示。

矩阵变换器结构简单，可以实现交-交一次性变换，无需中间大容量的滤波电容，故整个电路体积小，便于集成化，使用寿命长;同时，输入功率因数可调，与负载的功率因数无关;另外由于采用了双向开关，所以可以实现能量的双向传递等^[4-6]。本文以矩阵变换器为基础，采用空间矢量调制方法对双向开关进行调制，控制策略更加灵活，同时采用四步换流策略，并将其应用于三相异步电动机矢量控制系统之中。

图1-1三相-三相矩阵变换器电力变换主电路

2 矩阵式变换器

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