矿用高压变频器的控制策略及其应用研究

摘要

高压变频器在矿井提升和通风系统得到了广泛应用，研究矿用高压变频器的控制策略及其应用，对包括矿用电控设备在内的机电设备的性能改善和节能具有重大的意义。本文以河南科技大学与中信重工自动化工程有限责任公司合作项目“能量回馈型低压变频器研制”和中信重工机械股份有限公司博士后项目“矿用提升机能量回馈变频关键技术研究”为基础，对通用高压变频器的控制策略和PWM控制技术进行研究，针对存在的问题，给出了相应的解决方法。
　　本文首先对不同主电路拓扑结构和相应的控制策略进行分析，确定了采用H桥级联型结构为主电路拓扑结构，其次从提高效率和改善性能的角度，重点研究了逆变侧控制策略和多电平PWM调制技术。
　　论文深入研究了级联型逆变器的新型多电平 PWM技术。论文分析了基于U/f控制策略下的载波移相 SPWM技术和错时采样 SVPWM技术，并进行了较为详细的仿真研究。针对这两种技术共有的占用系统资源多和实时性差等缺点，应用一种新型多电平 PWM调制技术—单元矢量延时叠加 PWM技术（即 OTS-PWM技术）来研究适用于级联型 H桥逆变器的新型多电平 SPWM和多电平SVPWM。本文分别对 OTS-SPWM和 OTS-SVPWM技术进行了详细的仿真分析，总结了相应的PWM调制规律。仿真结果表明了OTS-PWM技术的有效性和通用性。
　　论文设计了基于级联型逆变器的新型异步电机矢量控制方案。通过对通用的两电平矢量控制模型进行改造，结合相应的多电平 OTS-PWM技术，得到了适用于级联型逆变器的新型多电平矢量控制方案。仿真结果表明，本文提出的级联型矢量控制方案，具有优良的瞬时转矩调节特性和良好的节能效果。
　　最后，通过在低压环境下搭建基于 DSP的两电平低压变频器和级联型逆变器实验平台，完成了由主电路、控制电路、外围检测电路等硬件电路和部分DSP软件组成的低压变频调速系统，并进行了部分开环变频调速实验。实验结果证明了多电平OTS-PWM技术在高压变频器领域的广阔前景。

目录

符号表

第1章 绪论

1.1选题的理论意义和实用价值

1.2国内外研究动向及进展

1.3论文的主要研究内容及工作安排

1.4本章小结

第2章 矿用高压变频器的主电路拓扑结构

2.1高压变频用电力电子器件

2.2电力电子器件的串并联技术

2.3常用的高压变频调速系统及主电路拓扑选定

2.4本章小结

第3章 矿用高压变频器的控制策略与PWM控制技术研究

3.1级联型逆变器的数学模型

3.2级联型逆变器的控制策略

3.3传统级联型逆变器的多电平PWM控制技术

3.4级联型逆变器的新型多电平PWM技术研究

3.5本章小结

第4章 矿用高压变频器的仿真研究

4.1 CPS-SPWM技术研究

4.2 OTS-SPWM技术研究

4.3多电平SVPWM技术研究

4.4矢量控制策略下的多电平PWM技术研究

4.5本章小结

第5章 矿用高压变频器的试验研究

5.1通用型两电平低压试验平台

5.2一单元级联型H桥逆变器试验平台简介

5.3系统软件设计

5.4试验结果

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

缩略语词汇表

附录A 实物照片

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果