感應電動機低成本變頻調速系統(tǒng)研究.pdf

1、近年來，低成本、低諧波、低功率、高功率因數(shù)的單相-三相感應電動機變頻調速技術在民用領域應用廣泛，本文針對以上需求進行相應的研究工作。由于低功率變頻調速器低成本化的主要途徑在于使用較少的功率器件，因此研究切入點放在變頻調速器主電路拓撲結構的簡化及其優(yōu)化控制。 在變頻調速器的逆變橋部分，文中分析表明：理想的選擇是采用四開關三相逆變橋。本文利用磁鏈軌跡控制技術對四開關三相逆變橋進行了詳盡的分析，總結了8個可能的電壓控制矢量，證明其中4

2、個矢量V0°，V90°，V180°，V270°可作為對逆變橋進行感應電動機磁鏈軌跡控制的基本矢量。而另外4個矢量，一般情況下只能在逆變橋的低頻工作區(qū)有利用價值。 文中發(fā)現(xiàn)四開關三相逆變橋沒有零電壓控制矢量，因此控制電機磁鏈軌跡時，時間調整遇到困難。為解決這一問題，明確提出了磁鏈軌跡回掃延時的概念，并提出了簡化的在線控制算法。 研究表明四個基本電壓控制矢量的幅值不相等，假定矢量V0°，V180°的幅值為E時，矢量V90°和

3、V270°的幅值卻為√3E，因此必須遵循控制時間與控制矢量幅值比例等效兌換的原則。 分析表明由于基本電壓控制矢量V0°，V180°與V90°，V270°的控制軸線相互垂直，控制這兩組矢量可產生相似于兩相電機的相互垂直的磁場。因此，四開關三相逆變橋相似于具有垂直磁場控制的兩相電機驅動器。 在變頻調速器的整流與功率因數(shù)校正部分，文中探討了低成本變頻器的功率因數(shù)校正和諧波治理問題。考慮到限定使用廉價可靠的標準六開關IPM模塊，

4、文中重點研究了A型和B型兩種低成本變頻器主電路方案。A型主電路采用倍壓半橋PWM整流與四開關三相逆變橋，性能價格比高。但應用在我國，由于單相電壓的有效值為220伏，是歐美電壓的兩倍，因此造成直流母線電壓過高。為此本文提出了B型主電路方案，使直流母線電壓降為A型電路的一半。文中詳盡研究了A型、B型電路實現(xiàn)PFC(PowerFactorCorrection)功能的基本工作原理與造成直流母線電壓不平衡、不穩(wěn)定的原因，并進行了相應的穩(wěn)態(tài)分析和參

5、數(shù)計算。 針對直流母線電壓分配不均衡問題，文中參考相關文獻研究了不均衡放電校正法，發(fā)現(xiàn)其存在的不足之處，相應提出了新的不均衡充電解決方案。-Ⅰ-事實證明不均衡充電法優(yōu)于不均衡放電法，把兩種方法結合使用效果更佳，再配合閉環(huán)控制，即可實現(xiàn)母線電壓的穩(wěn)定與快速均衡分配。 本文研究了低成本變頻調速器的閉環(huán)控制技術。所構成的閉環(huán)控制系統(tǒng)以直流母線為界總體分為兩部分，其一是三閉環(huán)直流母線電壓穩(wěn)定與均衡分配控制系統(tǒng)，其二是簡化的感應電

6、動機矢量變換閉環(huán)控制系統(tǒng)。 由于開環(huán)的感應電動機磁鏈軌跡控制與閉環(huán)的矢量變換控制技術都以氣隙磁鏈作為控制的紐帶，因此低成本變頻調速系統(tǒng)的閉環(huán)控制采用感應電動機矢量變換是合理的。但原有的矢量變換控制技術采用檢測電信號()控制電信號的技術線路，控制過程以氣隙磁鏈為中介，涉及繁雜的信號變換運算。為此本文提出了簡化的方案，即：檢測電信號()控制磁信號，利用磁鏈軌跡跟蹤技術直接控制氣隙磁鏈，可以大為簡化矢量變換流程。 本文實際構成