DSP矩阵式变换器的交流变频调速研究

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摘要：本文介绍了矩阵变换器的工作原理，并对双向开关的实现问题进行了讨论。然后介绍了几种换流方式和控制策略，并对各种换流方式和控制策略的特点进行了综合比较，找出适合本文研究的基于矢量调制的组合控制策略。文章推导出了矩阵变换器空间矢量控制策略，并结合矩阵变换器交流调速系统特点，引进电动机转子磁场定向矢量控制，构成一套性能优良的控制策略，并采用9段载波调制方法算出PWM 脉冲波。最后，设计了以DSP（数字信号处理器）为控制核心的矩阵变换器控制系统的硬件电路，并基于 MATLAB/Semolina 仿真软件建立了矩阵变换器交流调速系统的仿真模型。57713

毕业论文关键词：矩阵变换器，交流调速，空间矢量调制

Abstract: This paper introduces the working principle of the matrix converter, and implementation issues of a two-way switch are discussed. Then introduced several commutation mode and control strategy, and of the converter and control strategy are compared, find out the control strategy based on the combination of vector modulation for the research. This paper deduces the matrix converter space vector control strategy, combined with the characteristics of AC speed control system of matrix converter, the introduction of motor rotor field oriented vector control, a set of high performance control strategy, and using 9 methods to calculate the PWM pulse wave modulation. Finally, designed based on DSP (digital signal processor) is a hardware circuit matrix converter control system control core, and MATLAB/Semolina simulation software based on the simulation model of matrix converter AC speed regulation system.

Key words: matrix converter，AC speed regulation，space vector modulation

1 绪论 ..5

1.1 研究背景..5

1.2 矩阵变换器及交流变频调速技术的概述 5

1.2.1 矩阵变换器的发展历程及研究现状.5

1.2.2 交流变频调速研究现状及发展..8

1.3 矩阵变换器在交流变频调速领域的应用现状 9

1.4 本课题研究的主要内容和意义 10

2 矩阵变换器的工作原理 ..10

2.1 矩阵变换器的拓扑结构 11

2.2 矩阵变换器的开关传递函数 .13

2.3 矩阵变换器的双向开关构成 .15

2.4 矩阵变换器的控制策略 ..17

2.4.1直接函数传递法 ..17

2.4.2 空间矢量调制法.18

2.4.3 双电压控制法.18

2.4.4 电流滞环跟踪控制法19

2.5 矩阵变换器的换流方法 ..19

2.5.1四步换流策略.20

2.5.2 两步换流策略.22

2.5.3 智能换流策略22

3 矩阵变换器交流调速系统组合控制策略 23

3.1 间接空间矢量调制原理 ..23

3.2 组合控制策略 .26

4 系统的建模与仿真 ..31

4.1 MATLAB/SIMULINK 仿真平台 ..31

4.2 系统仿真模型的建立 ..32

4.3 仿真结果分析 .34

5 基于DSP的矩阵变换器交流变频调速系统设计.38

5.1 系统硬设计 .38

5.1.1 主电路设计.. 38

5.1.2 控制电路设计 39

5.2 软件的设计 40

6 总结与展望 ..43

6.1 本文工作总结 .43

6.2 展望 44

参考文献 45

致谢.46

1　绪论

1.1　研究背景

随着近些年电力电子技术的发展，人们的生活水平的不断提高，电气化技术的应用也更加广泛，交直交电压型变频调速装置也逐渐适用于交流调速系统中，结构也越来越复杂。此装置中应用了二极管桥式整流器，此输入波形失真度大，功率因数也低。电网负载中电力电子设备的不断增加，产生畸变的电流对电网品质的污染已经成为不可忽视的问题了。而在电力系统方面，电动机作为主要动力设备广泛应用与工业生产和生活各个方面，我国电动机负载用电量约占我国总发电量的60%—70%，其中90%的电动机都是交流电动机，用电是电量最大的电气设备。所以在实际的生产生活中需要对电动机的转速进行调节。随着社会的不断进步，对电动机调速系统的要求（如调速精度，快速性，平滑度）将不断提高。因此我们需要研究新型的不仅有优良控制性能和优良输入电流品质，而且结构紧凑可靠的变换器已经成为当今的发展趋势和要求。交—交型矩阵式变换器可以克服以上缺点，作为现有交—直—型PWM变频器的一种补充和代替的技术，它是一种单极电源变换器，除了应用体积不大的交流滤波器外不需要贮能环节，矩阵式变换器相比交—直—交变换器相比具有以下优点：