【正文】 于下面三角波時(shí)相應(yīng)單元輸出為負(fù)，否則輸出為0。 根據(jù)圖26的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個(gè)單元H一橋均采用SPWM調(diào)制，載波比為，載波頻率為，采用不同的調(diào)制方法，輸出電壓波形也有差異。此外，德國西門子公司、日本三菱公司、安川公司、美國Rockwell公司都推出了不同類型的無速度傳感器矢量控制產(chǎn)品。全維模型則可以在201500rpm全速度范圍估測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。根據(jù)Popov超穩(wěn)定理論，可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速自適應(yīng)收斂率，并使系統(tǒng)保持穩(wěn)定狀態(tài)。前者使用的補(bǔ)償量為定子磁通指令值，這種方法在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁建立的速度比較慢；后者的補(bǔ)償量為式(316)第一項(xiàng)一階慣性環(huán)節(jié)的帶限幅輸出，如圖34所示。公式(319)給出了在靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁通的計(jì)算公式。 (326)是計(jì)算補(bǔ)償量的估計(jì)磁通值?？刂谱冾l器三相輸出電壓為：， (328)按照這種方式所加三相電壓沒有零序分量存在()，故可采用電機(jī)單相T型等效電路進(jìn)行等效計(jì)算。2） 磁路飽和與鐵心損耗忽略不計(jì)。由三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC到兩相靜止坐標(biāo)系α、β之間的變換，簡(jiǎn)稱3s/2s變換；反之，稱為2s/3s變換。其它符號(hào)：—表示旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度， —表示同步角速度（定子電流角頻率），—表示轉(zhuǎn)差頻率，—轉(zhuǎn)子電氣角速度，p—微分算子，J—轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B—摩擦系數(shù)。設(shè)計(jì)了矢量控制中電流調(diào)節(jié)器并介紹了轉(zhuǎn)子磁通、速度辨識(shí)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)方式。圖38定子電阻測(cè)量等效電路圖定子電阻計(jì)算為： (327) 采用單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)的高壓變頻器如果采用這種方法，則需要施加窄脈沖電壓。式(322)簡(jiǎn)化為： (322)這種替代作用相當(dāng)于在原電壓模型磁通觀測(cè)器上增加了一個(gè)一階高通濾波環(huán)節(jié)，以簡(jiǎn)單的積分環(huán)節(jié)加一高通濾波器為例(其中x為系統(tǒng)的輸入，y為系統(tǒng)的輸出)，可以得到公式(323)： (323)由式(323)可知，純積分和一階高通濾波的組合可以等效為一階慣性環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在較高頻率時(shí)，上述環(huán)節(jié)同實(shí)際積分器效果相差無幾，但是當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在截止頻率或截止頻率以下，觀測(cè)的磁通將會(huì)與實(shí)際磁通在幅值和相位上存在較大的偏差，因此按照式(322)觀測(cè)到的轉(zhuǎn)子磁通且只有當(dāng)濾波器的時(shí)間常數(shù)取得足夠大時(shí)才可以忽略。電流模型是通過檢測(cè)定子電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速而計(jì)算出轉(zhuǎn)子磁通的一種觀測(cè)方法，其計(jì)算公式為： (318) 電流模型觀測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是在整個(gè)速度范圍內(nèi)均可對(duì)轉(zhuǎn)子磁通進(jìn)行觀測(cè)，但觀測(cè)的精度與轉(zhuǎn)子繞組參數(shù)的測(cè)量(或計(jì)算)的準(zhǔn)確程度關(guān)系很大，而且隨著溫度的變化和集膚效應(yīng)隨頻率的變化，轉(zhuǎn)子電阻的變化范圍可能很大，這給精確地觀測(cè)轉(zhuǎn)子磁通帶來困難。明顯地，當(dāng)Tc趨向無窮大時(shí)，該誤差項(xiàng)趨向于零，但是Tc取值過大時(shí)，對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力將成比例減弱，同時(shí)磁通觀測(cè)器的動(dòng)態(tài)跟蹤能力也隨之下降。2） 基于反電動(dòng)勢(shì)的模型參考自適應(yīng)(MRAS)基于反電動(dòng)勢(shì)的模型參考自適應(yīng)(MRAS)，避開了公式35中的純積分環(huán)節(jié)，在低速時(shí)，性能得到了改善。用它來計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速需要從電機(jī)的狀態(tài)方程出發(fā)(選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速為一個(gè)狀態(tài)變量)，選擇合適的時(shí)間更新方程和測(cè)量更新方程，按照卡爾曼濾波算法循環(huán)的進(jìn)行預(yù)估和校正。 無速度傳感器矢量控制的轉(zhuǎn)速辨識(shí)在現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)中，無論是矢量控制系統(tǒng)，還是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)或其它系統(tǒng)，為了獲得高性能的轉(zhuǎn)速控制，都需要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速反饋。圖28為同相層疊方式的 PWM 脈沖生成示意圖，這三種載波 PWM方法在輸出諧波方面有所不同。由于中高壓逆變器電路拓?fù)涞膹?fù)雜性和多樣性，與兩電平逆變器相比，其控制方法也更加多樣化。為了增加輸出相電壓的幅值，需要將多個(gè)功率單元相串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)單相電壓輸出，其串聯(lián)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖26所示。這樣對(duì)于電網(wǎng)來說，整個(gè)變頻系統(tǒng)的輸入相當(dāng)于30脈波整流，理論上在輸入電流諧波中不含有29次以下諧波。這是一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，也是功率元件直接串聯(lián)所不能比擬的。各功率單元分別由輸入變壓器的一組二次繞組供電，功率單元之間及變壓器二次繞組間相互絕緣。首先給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)框架，然后介紹了包括以TI公司的DSP芯片TMS320F2812為核心的主控制器，以CPLD為核心的單元控制及驅(qū)動(dòng)電路，模擬量檢測(cè)電路和部分保護(hù)電路。文獻(xiàn)[3]分析了多單元變換器(Multicell Converter)的故障管理，得出故障危險(xiǎn)性降低的結(jié)論，這一結(jié)論完全適用于串聯(lián)型逆變器。單元串聯(lián)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是最有發(fā)展前景的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也最受工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)青睞。為減少輸出諧波和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，希望有較高的開關(guān)頻率，但這樣會(huì)導(dǎo)致變頻器損耗增加，效率下降，開關(guān)頻率一般不超過2kHz。評(píng)價(jià)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的指標(biāo)主要有：成本、可靠性、對(duì)電網(wǎng)的諧波污染、輸入功率因數(shù)、輸出諧波、共模電壓、系統(tǒng)效率和是否能四象限運(yùn)行等。4） 輸出諧波成分如果高壓變頻器輸出的高次諧波成分過高，會(huì)造成電機(jī)過熱，電機(jī)必須“降額”使用。s DSP TMS320LF2812 and CYCLONEII Series of ALTERA platform make up the alldigital controller, and experiments are got in a 5kW induction the experimental results verify the feasibility of the above algorithm.KEY WORDS: CellCascaded。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本文對(duì)串聯(lián)式無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)地分析，并得到了良好的仿真波形。一方面要求對(duì)電網(wǎng)供電線路進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，另一方面也希望變頻器對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍的容忍度大一些。高低高型變頻器實(shí)質(zhì)上還是低壓變頻器，只不過從電網(wǎng)和電機(jī)兩端來看是高壓的，存在中間低壓環(huán)節(jié)電流大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率較低，可靠性下降等缺點(diǎn)。當(dāng)器件耐壓為6kV時(shí)，輸出電壓最高可達(dá)交流4160V。但由于驅(qū)動(dòng)功率下降， 開關(guān)頻率較低，且不必采用均壓電路，使系統(tǒng)在效率方面仍具有較大的優(yōu)勢(shì)，一般可高達(dá)95%。串聯(lián)型逆變器由于采用了較多的電源和器件，發(fā)生故障的概率增大了。首先列舉了四種常用的速度觀測(cè)的方法，并指出各種速度觀測(cè)的優(yōu)、缺點(diǎn)，并提出了一種對(duì)模型參考自適應(yīng)改進(jìn)的方法；然后對(duì)常用的二種磁通觀測(cè)的方法進(jìn)行比較，選擇了適合的轉(zhuǎn)子磁通觀測(cè)方法；最后，介紹了通用的電機(jī)參數(shù)自檢測(cè)的方法?！?0kV，功率為50kW～5MW。由于變頻器不是用傳統(tǒng)的器件串聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)高壓輸出，而是采用整個(gè)功率單元串聯(lián)，所以不存在器件串聯(lián)引起的均壓?jiǎn)栴}。該變壓器的輸入直接與610KV的電網(wǎng)相聯(lián)結(jié)，而輸出為三相15路輸出(采用五級(jí)功率單元串聯(lián)時(shí))。 圖25 功率單元電路結(jié)構(gòu)如圖25所示，功率單元整流部分采用二極管不可控整流電路，能量不能回饋電網(wǎng)，不能實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。主要用于風(fēng)機(jī)，水泵等一些不需要四象限運(yùn)行的場(chǎng)合，還可以運(yùn)用在無功補(bǔ)償以及基于蓄電池的電動(dòng)裝置中。同峰－峰值的三角波與一個(gè)頻率為，幅值為的正弦波相比較，在正弦波與三角波相交的時(shí)刻，如果正弦波的幅值大于某個(gè)三角波的幅值，則開通相應(yīng)的開關(guān)器件，反之，則關(guān)斷該器件。采用矢量控制技術(shù)，可以克服上述缺點(diǎn)，使高壓電機(jī)獲得優(yōu)異的穩(wěn)、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，拓展高壓變頻器的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域(礦井提升、機(jī)車傳動(dòng)等)，因此，針對(duì)串聯(lián)式高壓變頻器，開發(fā)相應(yīng)的矢量控制技術(shù)具有十分重要的意義和價(jià)值。這種方法的特點(diǎn)在于算法簡(jiǎn)單，理論上無延時(shí)，可同時(shí)較好地工作于動(dòng)靜態(tài)過程。利用電壓模型的輸出作為轉(zhuǎn)子磁鏈的期望值，電流模型的輸出作為轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型的推算值，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)速自適應(yīng)辨識(shí)系統(tǒng)。定子磁通為： (312)如果用低通濾波器代替電壓模型磁通觀測(cè)器中的純積分環(huán)節(jié)，則上述問題可以得到抑制。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于，即保證了參考模型的準(zhǔn)確性，又避開了純積分可能引起的積分漂移和純微分可能引起的計(jì)算量過大、動(dòng)態(tài)性能不好等缺點(diǎn)。這兩種情況可以分別用圖35來解釋。其原理與步驟如下所述。最后分析了電機(jī)參數(shù)自檢測(cè)的方法，并設(shè)計(jì)了電機(jī)參數(shù)自檢測(cè)的步驟。a—d表示所在兩相坐標(biāo)系下橫軸分量，q表示所在兩相坐標(biāo)系下縱軸分量。的方向，記d軸和α軸之間的電角度為q，則同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中軸向電流分量與αβ0坐標(biāo)系中的軸向電流分量的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 (418)4） 兩相旋轉(zhuǎn)到兩相靜止坐標(biāo)變換(2r to 2s)在矢量控制中，經(jīng)計(jì)算得到的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電壓指令值，還需轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系中，因此需要進(jìn)行2r/2s變換，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下 (419)3s to 2s可以實(shí)現(xiàn)三相定子電流到兩相靜止坐標(biāo)系下電流的變換；2s to 2r實(shí)現(xiàn)到的轉(zhuǎn)換。在上述假定條件下，異步電機(jī)在各種坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型均可以很容易地得出。等效電路如下：圖39電機(jī)堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)等效電路圖堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)電流很大，為了使電流不致過大，應(yīng)降低電源電壓進(jìn)行。該方案除了在極低速范圍內(nèi)均能獲得較好的控制效果。當(dāng)系統(tǒng)工作點(diǎn)接近零速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓近似為零，只有誤差信號(hào)被積分而掩蓋了真實(shí)信號(hào)。因而非常適合于磁通維持不變的高性能交流調(diào)速驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。其基本思想是利用PI調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律，選擇某些可以影響轉(zhuǎn)速變化而穩(wěn)態(tài)值為零的量作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，這樣，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)輸入為零，輸出即為轉(zhuǎn)速。利用這兩個(gè)模型的輸出誤差來驅(qū)動(dòng)一個(gè)自適應(yīng)機(jī)制，產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速估計(jì)值，再利用轉(zhuǎn)速估計(jì)值來修正自適應(yīng)模型，當(dāng)自適應(yīng)模型的輸出與參考模型的輸出完全相等時(shí)，理論上自適應(yīng)機(jī)制的輸出就等于電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。同步角速度可以由靜止坐標(biāo)系下的定子電壓方程式推得，由圖31矢量關(guān)系可知圖31定子磁鏈?zhǔn)噶渴疽鈭D (32)由靜止坐標(biāo)系下的定子電壓方程，可以推導(dǎo)出磁鏈的表達(dá)式，代入上式，得到 (33)在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中， (34)其中為轉(zhuǎn)子磁通給定值，為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。由5個(gè)單元H一橋組成的逆變器，載波用來調(diào)制第N個(gè)單元模塊的一個(gè)橋臂(n=1,2,3,4,5)。但這種方法用于調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)檩敵鲱l率不斷變化，需要實(shí)時(shí)計(jì)算各 H 橋單元的導(dǎo)通時(shí)間，計(jì)算量非常大。而變頻器線電壓的輸出電壓等級(jí)為4N+1個(gè)，輸出電壓等級(jí)數(shù)目較多，輸出電壓和電流的波形也更接近于正弦波，諧波含量也更低。假設(shè)a相、m1相和a39。旁路柜實(shí)現(xiàn)整體旁路功能；變壓器柜安放移相變壓器，為每個(gè)功率單元供電；功率柜安放功率單元，為高壓變頻器的主要工作部分，實(shí)現(xiàn)多脈沖整流輸入和高壓變頻輸出；控制柜為變頻器的核心控制部件，控制變頻器的運(yùn)行、停止等。每相由5個(gè)額定電壓為690V的功率單元串聯(lián)而成，輸出相電壓最高可達(dá)3450V，線電壓可達(dá)6kV左右，如圖21所示。該變頻器對(duì)電網(wǎng)諧波污染小，輸入功率因數(shù)高，不必采用輸入濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。水冷技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)提出了很高的要求，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)制造業(yè)也提出了挑戰(zhàn)，目前國際上空冷功率單元成熟產(chǎn)品的最大電流為600A左右。各串聯(lián)單元的工作是完全獨(dú)立的，其輸出只影響輸出總電壓，不會(huì)對(duì)其他串聯(lián)單元造成影響。變壓器共有9個(gè)二次繞組，采用延邊三角形接法，分為3種互差20度的繞組，形成18脈沖的二極管整流電路結(jié)構(gòu)，總的輸入諧波電流失真率可以降到很低，輸入功率因數(shù)可達(dá)90%以上，因此不必采用輸入濾波器和功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)較為敏感。同時(shí)，此研究項(xiàng)目的推廣將極大促進(jìn)我國變頻調(diào)速制造廠的技術(shù)改造及電機(jī)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，因而有極大的社會(huì)效益。目前，常規(guī)電壓和中小功率(200kW)的風(fēng)機(jī)和水泵應(yīng)用變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成熟，取得了很好效果，這類變頻器已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。在高壓變頻器的串聯(lián)拓?fù)浜退絊PWM調(diào)制方法的基礎(chǔ)上，對(duì)串聯(lián)式高壓變頻器無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日論文題目： 串聯(lián)式高壓變頻器直接磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)的研究學(xué)科專業(yè)： 控制理論與控制工程申 請(qǐng) 人： 指導(dǎo)教師： 摘 要本文針對(duì)高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，從高壓變頻器現(xiàn)狀和趨勢(shì)出發(fā)，分析了目前幾種高壓變頻器的調(diào)制策略和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)、缺點(diǎn)，并給出了目前國內(nèi)最常用高壓變頻器的優(yōu)勢(shì)所在。如果全國普遍采用調(diào)速技術(shù)，達(dá)到發(fā)達(dá)國家目前的電機(jī)平均能耗水平，則每年可省電4000 億。由于近年來國內(nèi)、外電力半導(dǎo)體器件性能價(jià)格比的提高，采用三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速的經(jīng)濟(jì)效益日益顯著。此類變頻器的輸出電流諧波較高，會(huì)引起電機(jī)的額外發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，必要時(shí)也可采取輸出12脈沖方案和設(shè)置輸出濾波器。以3kV變頻器為例，每相由3個(gè)額定電壓為570V的功率單元串聯(lián)而成。對(duì)于每相某一輸出電壓，存在多種串聯(lián)單元的狀態(tài)組合。在大容量領(lǐng)域，水冷技術(shù)是比較合適的選擇，國外水冷技術(shù)的變頻器輸出電流可達(dá)到1400A。單元串聯(lián)多電平PWM電壓源型變頻器采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。這樣，即使在電動(dòng)機(jī)電流出現(xiàn)不平衡的情況下，也能保證每個(gè)相位組的電流基本相同，達(dá)到理想的諧波抵消效果。 串聯(lián)高壓變頻器的組成圖23 功率單元串聯(lián)型高壓變頻器結(jié)構(gòu)平面圖圖23為高壓變頻器結(jié)構(gòu)平面圖，其主要由旁路柜、變壓器柜、功率柜和控制柜組成。相是由a相和m1相合成構(gòu)成，其中m1相與c相的相位相反，且m1相與