应用于交流异步起动电机的L源逆变器研究

论文摘要

随着电力电子技术及电机控制技术的迅速发展,由电力电子变换器控制的异步电机用作起动机已成为可能。采用异步电机作为飞机、汽车、坦克战车、舰船等动力系统的起动机将是未来起动机技术发展的一种趋势。本文介绍了起动机技术的发展历史、现状及发展趋势,分析了直流起动机存在的问题,指出研究动力系统的异步电机起动器的实用意义。电力电子逆变控制装置是异步起动机的关键部件,分析了传统电压源逆变器和Z源逆变器的不足,阐述了新型L源逆变器的工作原理,分析了在起动器中使用L源逆变器的优点。新型L源逆变器因引入了储能电感L,使用普通逆变器所没有的使上下桥臂直通的零矢量,利用电感电流泵升原理,实现提高直流母线电压的目的,解决了蓄电池大电流放电使母线电压降低的问题。在系统地分析了正弦脉宽调制(SPWM)和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略的基础上,结合L源逆变器的工作特点,得到了几种用于L源逆变器的控制直通占空比的实现升压的方法,并进行了仿真。详细介绍了基于Freescale的MC56F8346 DSP控制系统的硬件平台、外围扩展电路及主功率电路的方案。同时给出控制软件设计,进行了原理样机的实验研究。仿真和实验结果验证了L源逆变器工作的正确性。最后对下一步研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 起动技术的研究现状及趋势
• 1.1.1 起动机技术的发展历史及现状
• 1.1.2 起动机的发展趋势
• 1.1.3 起动/发电一体技术
• 1.2 直流起动机存在的问题
• 1.2.1 直流起动机起动电流过大的影响
• 1.2.2 直流起动机存在的问题
• 1.3 柴油发动机的起动阻转矩特性及异步电机起动控制方案
• 1.4 异步电机起动硬件拓扑方案
• 1.4.1 传统电压源逆变器
• 1.4.2 Z 源逆变器的优缺点
• 1.4.3 L 源逆变器
• 1.5 本文研究的意义
• 1.6 本文的主要内容
• 第二章 L 源逆变器理论分析及控制策略
• 2.1 脉宽调制（PWM）技术
• 2.1.1 SPWM 控制技术
• 2.1.2 SVPWM 控制技术
• 2.2 直流电压分析
• 2.3 电感电流连续条件下的升压特性分析
• 2.4 直通控制策略
• 2.4.1 直通零矢量的实现方法
• 2.4.2 按实现直通零矢量的方法进行分类
• 2.4.3 按注入直通零矢量的方法进行分类
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于SPWM 技术的L 源逆变器控制方法的研究
• 3.1 直接升压SPWM 控制
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 仿真实现
• 3.1.3 仿真结果
• 3.2 最大增益SPWM 控制
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 仿真实现
• 3.2.3 仿真结果
• 3.2.4 两种控制的比较
• 3.3 L 源特性仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于SVPWM 技术的L 源逆变器控制方法的研究
• 4.1 SVPWM 控制基本原理
• 4.1.1 基本电压空间矢量
• 4.1.2 判断电压矢量所在扇区
• 4.1.3 确定每个扇区中相应电压矢量的作用时间
• 4.2 直接升压SVPWM 控制
• 4.3 最大增益SVPWM 控制
• 4.4 直通分段SVPWM 控制
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统的设计与软硬件实现
• 5.1 系统总体结构设计
• 5.2 系统的硬件设计
• 5.2.1 DSP 核心板设计
• 5.2.2 外围控制电路设计
• 5.2.3 驱动及主功率电路设计
• 5.3 系统的软件设计
• 5.3.1 软件开发平台简介
• 5.3.2 电压闭环控制程序
• 5.3.3 恒压频比控制程序
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验结果
• 6.1 阻感负载实验
• 6.1.1 开环实验
• 6.1.2 电压闭环实验
• 6.2 电机负载实验
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文