无极绳绞车是煤矿生产辅助运输系统的关键设备之一,广泛应用于煤矿井下大倾角、长距离、多变坡、大吨位工况条件下的设备与物料运输。本文以矿用无极绳绞车的调速系统为研究对象,选用的调速方案为基于四象限三电平防爆变频器驱动的低速直联永磁同步电机自适应MTPA控制方法。本文以高可靠性、高效率以及高调速性能为主要目标,对无极绳绞车用低速直联永磁同步电机的数学模型、关键参数选型、三电平防爆变频器的共模电压抑制PWM与基于d轴电流在线搜索的自适应MTPA控制等方面进行深入研究,最后给出了无极绳绞车用低速直联永磁同步电机调速系统的软、硬件方案设计并进行了实验验证。论文首先根据无极绳绞车的机械与运行参数明确了低速直联永磁同步电机调速系统的设计需求,给出了总体方案。建立了基于四象限三电平防爆变频器的低速直联永磁同电机调速系统数学模型,研究了防爆变频器与永磁同步电机关键参数选型的计算方法。四象限三电平防爆变频器的运行环境封闭而复杂,功率开关器件高速开关动作产生的高频共模电压引起的电机轴电压、轴电流以及电磁干扰等问题是制约其长期可靠运行的关键因素。针对此问题,本文研究了一种基于新型开关序列的简化三电平共模电压抑制PWM方法,将三电平PWM解构成为两电平PWM,成功实现了算法简化,并利用两电平共模电压抑制开关序列将共模电压幅值限制在直流母线电压的六分之一以内,以降低共模电压引起的负面效应。所研究的共模电压抑制PWM方法计算简便,且能够实现中点电位控制。Matlab仿真结果验证了简化三电平共模电压抑制PWM方法的有效性。为提高无极绳绞车用低速直联永磁同步电机调速系统的运行效率,研究了一种基于d轴电流在线搜索的MTPA控制方法。首先分析了影响低速直联永磁同步电机MTPA控制精度的影响因素,指出除了电感与磁链参数外,永磁同步电机的定向角度误差也对MTPA控制精度造成影响。针对上述问题,研究了一种基于改进脉冲电压注入法的初始位置检测算法,配合相对式光电编码器,大幅提高了永磁同步电机的定向精度。设计了基于滑模极值搜索算法的自适应MTPA控制方法,通过在线搜索MTPA工况点的d轴电流值,提升了MTPA控制的鲁棒性,在无需精确电机参数的情况下实现高精度MTPA控制。论文最后结合矿用无极绳绞车应用工况,基于简化三电平共模调制PWM和低速直联永磁同步电机的自适应MTPA控制方法,完成了样机的软、硬件设计,并对以上研究的方法进行了实验验证。