基于三相四开关逆变器供电永磁同步电机直接转矩控制容错运行研究

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1、摘要永磁同步电机(PMSM)功率密度大、功率因数高，直接转矩控制(DTC)原理简单、转矩响应快，结合二者优点的PMSMDTC系统在电动汽车、军事、家用电器等诸多领域获得了越来越广泛的应用，DTC调速系统的可靠性也随之越来越受重视。PMSMDTC系统采用逆变器供电，由于电力电子器件的脆弱性，逆变器故障在各类故障中最为频繁。由于DTC将电机与逆变器作为一个整体进行控制，若逆变器发生故障将导致整个变频调速系统失去运行能力，因此很有必要对逆变器故障时系统的容错运行进行深入研究。三相四开关容错型逆变器供电方案和其他方案相比

2、，既节约系统成本又有较好性能，故本文选取三相四开关供电方案作为容错运行方案。容错运行状态下供电条件的恶化和DTC固有的转矩脉动大的特点相叠加，使得性能恶化，因此亟待解决这种新型供电条件下的动静态特性矛盾，即在抑制转矩脉动的同时又能保持DTC的快速动态响应特性，这是本论文研究的主体内容。本文的主要工作包括：1．三相四开关逆变器供电PMSM传统DTC研究。在三相六开关逆变器供电的PMsM传统DTC运行研究的基础上，通过分析三相四开关逆变器容错拓扑结构，重定义了三相四开关逆变器电压空间矢量和相应的传统DTC的开关表。实

3、现了三相四开关逆变器供电的PMSM传统DTC运行。2．三相四开关逆变器供电PMSMSVPWM．DTC研究。受三相六开关逆变器供电条件下空间矢量调制(SVPWM)技术能显著削弱转矩脉动的启发，在三相四开关逆变器供电条件下引入SVPWM，形成SVPWM．DTC方案来优化系统性能。3．三相四开关逆变器供电PMSMSMC．DTC研究。鉴于滑模变结构控制(SMC)抗干扰性好、鲁棒性强、适合非线性控制的突出优点，引入滑模控制形成SMC．DTC方案，并将其控制效果和SVPWM作比较。4．直流母线电容电压不平衡程度的抑制和不平衡

4、条件下的计算。三相四开关逆变器容错重构方案中逆变器故障相对应的电机绕组是通过直流母线上串联的两个电容的中点来供电的，运行中伴随着电容的充放电该中点的电位会发生偏V浙江大学硕士学位论文移，最终会导致运行失败。本文在直流母线电容电压不平衡条件下进行了仿真分析和实验研究，提出了一种软硬件相结合以控制直流母线电容电压不平衡度的行之有效的方案，并针对普通SVPwM算法不适用于三相四开关逆变器供电条件的问题提出了一个新SVPWM算法并将其应用于SVPWM—DTC和SMC．DTC中，改善了三相四开关逆变器供电的PMSMDTC系

5、统的运行性能。关键词：永磁同步电机；直接转矩控制；三相四开关逆变器；容错运行：空间矢量调制；滑模变结构控制；直流母线电容电压不平衡ⅥAbstractPemlaIlentMagrletSynclⅡDnousMotor(PMSM)featllreshighpowerdens畸aIldlli曲pow盯factor，directtorquecon仃ol(DTC)isfanlousforitssimplic埘and缸ttorquercSponse，therefore，PMSMDTCsyStems，wimtheadVanta

6、gesofboth，are淅dely印pliedinelectricvehicles，IIlilita巧，home印pliallcesaIldmaIly0therfields，aIldtlleirreliabilitieshavebeenpaidmoreandmoreanention．PMSMDTCsystemusuallyusevoltagesourceinVener，duetomef}angibilit)，oftllepowerelectronicdevices．variollS￡luhcouldoccllr

7、intheinverter．BecauseDTCconsidersmotor锄dinverter弱awholeforcon仃ol，inveIHterfIaultscouIdresultinlossingt11eoperationabil埘fordrivesystem．Soit’snecessaD，toconductain-deptll咖dyoff．ault．tole删呲operationforinVenerfaultS．ComparedtootherinVerterfIault-tolerantscllemes，

8、three—phasefbur-switchinVercercoStslessaIldhaSbetterperf．omlaIlce，S0in廿listllesisⅡlree—phausefour-switchiIlvenerisselectedforfault—tole姗toperation．Deteriorationofpowersupplyaddedtot11einh