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[学位]

级联H桥变频器的单元电路分析、容错策略优化及电机转速辨识技术研究

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Author:

孙乐 (孙乐.)

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学位论文库

Abstract:

高压大功率变频调速技术对于节约能源具有重要意义。高压变频器广泛采用级联H桥逆变器拓扑,它具有输出谐波含量小、输出相同电平数时所需开关器件少、容错能力强等优点。尽管级联H桥型高压变频器在高压电机驱动领域的应用已有多年,但无论是在变频器的电路分析还是在变频器的运行控制方面,仍然有很多需要改进的地方。
首先,对功率单元内部各环节的电压、电流等物理量,现有的分析计算方法往往较为粗略,这使得工程技术人员难以设计出具有较高性价比的变频器。其次,传统的级联H桥变频器的容错策略往往需要向输出电压注入零序分量,但零序电压注入不当有可能引起有功回灌,这对不能向电网回馈能量的高压变频器来说是严重的威胁。再次,现有的转速辨识方法大多需要知道准确的电机数学模型。当参数未知或发生改变时,转速辨识系统的稳定性和准确性将有可能变差,这无疑影响到无速度传感器技术在变频调速系统中的实际应用。
本文针对上述传统高压变频器存在的问题,分别在功率单元电路分析与计算、级联H桥变频器容错控制和转速辨识的参数敏感性分析三方面进行了研究。
在功率单元电路分析与计算方面,本文首先计算了H桥输入电流各次谐波,然后对不控整流桥输出电流中可能包含的谐波类型进行了分析。在此基础上,本文采用线性近似、谐波平衡等方法,建立了整流回路近似线性等效电路,并据此依次对整流桥输出电流、电容电流、整流桥输入电流进行了解析计算。根据计算结果,本文研究了直流母线电容容值与电容电流有效值、电容电压波动幅值及整流桥输入电流有效值之间的关系。
在级联H桥变频器容错控制方面,本文分别在线性调制和过调制条件下提出了新的零序电压生成方法。本文提出的线性调制区的容错控制方法,通过对零序电压的限幅整形,削弱其基波含量,在不牺牲逆变器的电压输出能力的同时,有效抑制了有功回灌。对于过调制区的容错控制,本文分析了中性点漂移的可行域,并得出了使负载功率因数角安全区间最大化的中性点漂移方式。相比于传统方法,本文提出的容错策略能够使变频器在更广的负载功率因数范围内安全运行,从而拓展了变频器的容错运行范围。
在转速辨识技术方面,本文对同时估计转速及定子电阻的自适应全阶观测器进行了参数敏感性分析。得出了稳态估计误差与参数误差间的解析关系,并提出了参数存在误差情况下判定观测器稳定性的方法。本文还对传统反馈增益矩阵及自适应律的参数设计进行了改进,降低了参数误差对观测器稳定性的影响。
综上所述,本文对级联H桥变频器的功率单元电路提出了更为准确的分析和计算方法;优化了容错运行策略,增强了容错运行的可靠性;分析了电机参数误差对同时辨识转速和定子电阻的自适应全阶观测器的影响,并改进了观测器的鲁棒性。本文的研究成果为级联H桥变频器的器件选型提供了更为准确的理论依据;为级联H桥变频器的容错运行提供了更为安全可靠的控制策略;同时也有助于分析和解决转速辨识系统的参数敏感性问题。这些研究成果将有望提高级联H桥型变频器的整体性能,推动高压变频器领域的技术进步。

Keyword:

功率单元电路 级联H桥变频器 容错运行 转速辨识 自适应观测器

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学电气工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 马伟明

Year: 2016

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 15

FAQ| About| Online/Total:1400/217796333
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