并联逆变器馈电的永磁同步电机控制研究

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随着电力电子技术、现代控制理论以及脉宽调制(PWM)等技术的发展,永磁同步电机(PMSM)在电机调速中的应用已经颇为成熟。针对其中的大功率等级电机调速系统,采用逆变器并联结构来满足大功率的要求就是其中一种有效可行的方法。  论文以并联逆变器馈电的永磁同步电机系统作为研究对象,主要研究了并联逆变器馈电的PMSM调速系统的控制策略,并联逆变器馈电PMSM调速系统具有容错性强和功率易扩展的优点。逆变器在直流侧和交流侧均不经隔离元件直接并联,实际系统中各逆变器模块开关器件动作不一致和电路参数存在差异,因此系统会遇到并联逆变器模块间环流问题。如何协调控制不同并联逆变器模块实现电机总电流波形优化,并有效抑制并联逆变器模块间环流是系统高性能运行的关键。  本文首先阐述了课题的研究背景及意义,介绍了逆变器并联技术和永磁同步电机调速的发展现状。对两台并联逆变器馈电的PMSM系统进行了详细的建模分析,在单通道功率变换器结构分析的基础上给出了并联逆变器馈电PMSM系统的拓扑结构。建立了三相并联逆变器馈电PMSM系统的等效电路模型,推导得出了系统在三相abc静止坐标系和dq0旋转坐标系下的状态方程。  根据建模分析的结果,提出了并联逆变器馈电的PMSM调速系统的控制策略,其中包括电机矢量控制和逆变器环流控制。针对并联系统中存在的环流问题,通过对三相并联逆变器的平均模型分析,探知了环流的产生机理和数量关系,根据动态分配空间矢量脉宽调制(SVPWM)零矢量作用时间的思想提出了新的环流控制策略。  本文还对并联逆变器馈电的PMSM系统的电流谐波性能改善控制策略做了研究。分析介绍了两种PWM策略:载波移相SVPWM和随机开关频率SVPWM技术。提出了一种新型移相随机SVPWM技术,兼具了载波移相SVPWM技术和随机开关频SVPWM技术的优点。该策略不仅可以使得并联系统的等效开关频率成倍提高,也可以令电机电流频谱呈现连续的频谱特性。  论文基于Matlab/Simulink软件环境搭建了系统仿真模型,基于DSP TMS320F2812搭建了实验平台,对各种控制算法的有效性进行了仿真和实验验证,另外还采用了DSP+FPGA的扩展硬件结构将两台并联逆变器的系统控制方案扩展到多台并联逆变器的应用场合。
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