感应电动机变频驱动系统轻载振荡抑制策略研究

硕士学位论文感应电动机变频驱动系统轻载振荡抑制策略研究RESEARCHONLIGHT-LOADOSCILLATIONSUPPRESSIONSTRATEGIESOFVARIABLEFREQUENCYINVERTER-DRIVENINDUCTIONMOTORS梁信信哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TM921.51学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文感应电动机变频驱动系统轻载振荡抑制策略研究硕士研究生：梁信信导师：孙立志副教授申请学位：工学硕士学科：电机与电器所在单位：电气工程系答辩日期：2011年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM921.51U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONLIGHT-LOADOSCILLATIONSUPPRESSIONSTRATEGIESOFVARIABLEFREQUENCYINVERTER-DRIVENINDUCTIONMOTORSCandidate：LiangXinxinSupervisor：AssociateProf.SunLizhiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectricalMachineandApparatusAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文--I摘要基于V/F控制方式的感应电动机变频驱动系统具有控制简单，较好的调速性能且实现成本较低等优点，在交流调速领域得到了广泛应用。但是传统感应电动机V/F变频驱动系统在基频以下的中频段空载或者轻载下运行时，存在着定子电流的振荡和转速、转矩的抖振等振荡现象，造成系统控制性能的下降，并对电机安全运行带来了不利影响。为了解决上述问题，本文针对系统振荡的机理和相关抑制策略进行了深入的研究。首先，在分析基于感应电机稳态等效电路的V/F控制方法基本原理以及dq两相旋转坐标系下的感应电机数学模型的基础上，研究了理想V/F控制方式下感应电动机在空载运行时的稳定性问题，通过数值仿真获得了电机参数对系统稳定运行的影响趋势。其次，研究了PWM信号的死区影响系统振荡的机理。对基于占空比死区补偿的振荡抑制方法进行了理论研究，并对其抑制效果进行了仿真分析。仿真结果表明，死区补偿策略能够有效解决当死区时间/载波频率比较大时由死区所导致的电机电流振荡和畸变问题。再次，为了更有效地解决系统振荡问题，从瞬时功率理论平衡的角度对系统的振荡问题进行了分析，进一步提出了基于有功电流振荡分量反馈结合死区补偿的综合振荡抑制策略。在MATLAB/Simulink环境下搭建了系统的仿真模型，对系统的振荡抑制方案进行仿真研究，结果表明该方案有效解决了系统的振荡问题。最后，搭建了基于V/F控制方式的通用变频器实验平台，进行了实验研究。实验结果表明本文提出的基于有功电流反馈结合死区补偿的综合振荡抑制策略可以很好地解决感应电动机的振荡问题，有效地提高传统V/F控制方式感应电动机变频驱动系统的稳定性。关键词：感应电动机；恒压频比控制；定子电压定向；死区补偿；振荡抑制哈尔滨工业大学工学硕士学位论文--IIAbstractThevariablefrequencydrivesystemsofinductionmotorsunderV/Fcontrolmodecanachieveidealspeedperformancesandcanberealizedsimplywiththelowercostthanothercontroldrives,wheretheygainswideapplicationsinthefieldofACvariablespeeddrives.However,whenthegeneralinvertersdriveinductionmotorsrunningnearbytheintermediatefrequencybandbelowthebasefrequencywithoutloadorwithlightload,thereisakindofphenomenonofoscillationthatshowsvibrationofthestatorcurrentandfiercebuffetingofrotationalspeedortorque.Theunstablestatusofinductionmotorwillinfluencethecontrolperformanceofsystemandalsoendangerthesecurityofsystem.Inordertosolvethementionedproblemabove,themechanismofthesystemoscillationandtherelatedsuppressionstrategiesarestudiedindetailinthissubject.Firstly,thetheoryofV/Fcontrolbasedonthesteady-stateequivalentcircuitofinductionmotorandmathematicalmodelunderthedqcoordinateareanalyzed.ThestabilityproblemofinductionmotorrunningwithoutloadundertheV/Fcontrolmodeisstudied.Throughtheanalysisoftheperformanceofoscillationandtheresultsofthecomputationwithsimulation,thetrendsofsystemoscillationwhichinfluencedbytheparametersofinductionmotorareacquired.Secondly,theessentialinfluenceofdeadtimetosystemoscillationisanalyzedparticularly.Themethodofthedeadtimecompensationbasedonthecorrectionofthedutyisstudiedandtheperformancesimulationofwhichprovesthatthisstrategyofcompensationcandamposcillationanddistortionofthemotorcurrentcausedbythelongdeadtimeandhighcarrierfrequency.Thirdly,inordertosolvetheproblemofoscillationeffectively,thesyntheticstrategyofoscillationsuppressionbasingonthetheoryofinstantaneouspowerthatusingthefeedbackoftheactivecurrentoscillatingcomponentswithdeadtimecompensationisproposed.BythetoolofMATLAB/Simulink,themodelofsystemisestablished.Theresultsofsimulationprovedthatthestrategycansolvetheoscillationoftheinductionmotorwitheffect.Finally,thetestedplatformoftheinductionmotorunderV/Fcontrolmodeisdesigned.Throughtheexperiment,itisindicatedthatthesyntheticstrategyproposedthatbasedonthefeedbackofactivecurrentoscillatingcomponentwithdeadtimecompensationinthisarticlecansolvetheoscillationproblemofinductionmotorunderV/Fcontrolmode.ThestrategystudiedinthisarticleenhancesthestabilityofthesystemoftraditionalV/Fcontrolmodeeffectively.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文--IIIKeywords：inductionmotor，V/Fcontrol，thestatorvoltagevectororientation，deadtimecompensation，oscillationsuppression哈尔滨工业大学工学硕士学位论文--IV目录摘要.............................................................................................................................IAbstract...............................................................................................................................II第1章绪论....................................................................................................................11.1课题背景及研究的目的与意义...........................................................................11.2国内外研究现状...................................................................................................21.2.1变频器的主要控制方式................................................................................31.2.2感应电机V/F控制系统振荡机理的研究综述............................................31.2.3感应电机V/F控制系统振荡抑制策略的研究现状....................................41.3本文研究的主要内容...........................................................................................6第2章感应电机V/F控制系统振荡机理研究..............................................................72.1引言.......................................................................................................................7