LC并联谐振矩阵变换器及其永磁同步电机控制系统

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1、√国内图书分类号：TM401密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文LC并联谐振矩阵变换器及其永磁同步电机控制系统年级2015级姓名卜朗申请学位级别工学硕士专业物理电子学指导老师刘庆想研究员二零一八年五月十日ClassifiedIndex:TM401U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisLCPARALLELRESONANTMATRIXCONVERTERANDITSPMSMCONTROLSYSTEMGrade:2015Candi

2、date:BuLangAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:PhysicalelectronicsSupervisor:Prof.LiuQingxiangMay,2018√西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要近年来，随着电力电子技术的迅猛发展，交流变频传动系统得到了广泛的应用。其中，基于交-直-交变换的电压源型变换器广泛应用于轨道交通、油矿开采、工业生产以及日常生活等诸多领域，是目前最为常见的交流变频装置之一。但是，交-直-交变换器也在谐波含量、寿命、可靠性、体积、经济性

3、等方面存在着一定问题，其中最为突出的是工作过程中会产生较大的谐波，对电气系统的环境造成污染，对电气设备有着极大的危害。为了减少电力变换器所产生的谐波污染，提高交流变频传动系统的综合性能，本文研究了一种LC并联谐振矩阵变换器。该变换器用体积很小的LC并联谐振电路取代了交-直-交变换器中，寿命短、体积大的直流环节，提高了变换器的能量密度和寿命；工作过程中，输入和输出侧电流都接近正弦，谐波污染很小；采用软开关切换方法，开关的导通、关断电压接近于零，开关损耗大大降低，能量变换效率提高。此外，由于拓扑结构的对称性以及双向开关的使用

4、，该变换器无需变换拓扑结构就可以实现正向或反向的能量变换，适于驱动交流电机四象限运行。本文介绍了交-直-交变换器和矩阵变换器的发展历史、现状、优势和主要问题；给出了LC并联谐振矩阵变换器的研究现状，并阐明了LC并联谐振矩阵变换器相对于交-直-交变换器和矩阵变换器的优势和研究意义；介绍了永磁同步电机（PMSM）的发展历史和现状，并阐述了基于LC并联谐振矩阵变换器和永磁同步电机的交流传动系统的优势和应用前景。对LC并联谐振矩阵变换器的拓扑结构和工作原理进行了介绍；以一个控制周期为例，对各个工作模式进行了详细阐述；分析了电流调

5、制原理，并推导了开关导通时间计算公式；研究了的基于谐振峰值电压控制的功率平衡方法。研究了谐振电容、谐振电感的参数选择原理；分析了电流控制模块和各个控制环节的工作原理；仿真完成了LC并联谐振矩阵变换器带阻性负载的能量变换系统。分析了负载功率因数低对系统的影响，研究了适用于带感性负载的控制策略优化方案，并通过仿真验证了优化后的控制策略的有效性。最后，本文研究了基于LC并联谐振矩阵变换器的永磁同步电机调速系统。分析了了永磁同步电机的磁场定向控制和常见的电流环控制策略；设计了基于LC并联谐振矩西南交通大学硕士研究生学位论文第II

6、页阵变换器和磁场定向控制的永磁同步电机调速系统。最后，仿真搭建了永磁同步电机的调速系统，仿真完成了永磁同步电机的连续调速控制过程。关键词：矩阵变换器，并联谐振，永磁同步电机，软开关，磁场定向控制西南交通大学硕士研究生学位论文第III页AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,ACvariablefrequencydrivehasbeenwidelyapplied.Thevoltagesourceconvertersb

7、asedondc-linkarewidelyusedinmanyfields,suchasrailtransportation,oilmining,industrialproductionandourdailylife.ItisalmostthemostcommonACfrequencyconversiondevice.However,theyalsohaveproblemsofhighharmoniccurrent,short-life,lowreliability,costlyandsoon.Amongthem,th

8、emostprominentisthattherewillbegreatharmonicsintheworkingprocess,whichpollutetheenvironmentoftheelectricalsystemanddoharmtotheelectricalequipments.Inordertored