基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统研究开题报告

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1、 毕业设计（论文）开题报告 学 院 :电子信息与自动化学院 专 业 :电气工程及其自动化 题 目 :基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统研究 拟选题目 基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统研究 选题依据及研究意义 由于常规变频装置中的功率开关器件工作在高频工作状态， 导致输入电流中 会有高次谐波而使电源电流波形畸变， 污染电网进而影响其他电网负载的正常工 作。因此研制新型变频器成为当前的发展趋势，矩阵变换器正是基于这种情况而 提出的。 最近十多年来电力电子器件和控制手段的发展与成熟使得矩阵变换器从学 术思想变为现实成为可能。经过研究，表明了矩阵变换器具有众多优越的性能： 能同时提供正弦输入

2、电流和输出电压；功率可以真正实现双向流动；输出电压幅 值、相位和频率均可以独立调节；输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电 压；没有中间直流环节，体积小，重量轻，可靠性高。 由于这些优点，矩阵变换器正渐渐成为传统交-直-交变频器的替代技术，而 且它具备一些比交-直-交变频器更优越的性能而有着更广阔的应用前景： 在安装 空间有严格要求的装置上的变频控制和电源供应， 高温振动等恶劣场合的变频控 制及要求频繁四象限运行的电动机调速等等。 因此对它做进一步深入的研究是很 有实际意义的。可以预见在不远的将来，矩阵变换器将成为广泛使用的电力变换 器之一。 文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评

3、价） 矩阵变换器的电路拓扑形式在 1976 年由 GyuguiL 提出，1979 年意大利学 者 MVenturini 和 AAlesina 提出矩阵变换器的存在理论，并证明了 n 相输入 p 相输出的矩阵变换器的实现条件，同时给出了一种电压控制策略。Venturini的 理论，实际上是给出了一种 PWM 电压控制的方法，它虽然解决了矩阵变换器谐 波问题，但存在输出输入电压比小于 0.5 的缺陷。 随着电力电子技术和微机控制技术的不断发展， 矩阵变换器的研究工作越来 越被人们所重视，为了解决 MVenturini 和 AAlesina 控制方案中的不足，先 后有不少学者对矩阵变换器进行了一系列

4、的研究工作， 并从不同的角度提出了不 同的控制方案。 如 T A Lipo、 D G Holemes 提出了一种电流控制型交流 PWM 调制方法，PDZiogas 等提出了一种间接 PWM 控制方法这些研究基本克服 了 MVenturini 控制方案的缺点，输出电压比、功率因数和输入电流品质方面都 取得了很好的改进，但也存在一些不足之处。 八十年代末、 九十年代初， 南斯拉夫学者 L.Huber 和美国 D Boroievic 教授、 日本学者A Ishiguro和 T Furuhashi教授、 以及韩国学者W H Kwon和G H Cha 等人的研究，使矩阵变换器的理论和控制技术逐渐走向成熟

5、。 我国在矩阵变换器方面的研究开始的较晚，基本上从 90 年代开始，南京航 空航天大学，西安交通大学，上海大学，哈尔滨工业大学先后开展了这方面的研 究工作，取得了令人瞩目的成绩，达到了一定的水平。 总的来看，矩阵式变换器是随着电路电子技术的发展而不断的发展，但目前 世界范围内矩阵式变换器的研制还停留在理论研究和实验室样机阶段， 尚未形成 实用化的成熟产品，特别是对基于矩阵变换器的调速系统这一课题的研究，仍处 于起步阶段。 研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等） 矩阵变换器最初提出时指的是从 m 相输入变换到 n 相输出的一般化结构， 可以根据 m、n的取值和输入输出端的电源性质对

6、矩阵变换器进行分类。通常人 们研究的最多的主要是三相输入、三相输出的矩阵变换器，其主要包含有： (1)双向 9 开关矩阵变换器，它的输入和输出之间采用双向开关互相连接。 (2)电压源型或电流源型矩阵变换器，它由三组电压源型或电流源型三相桥 式 PWM 变换器并联组成。 本文主要研究双向 9 开关矩阵变换器，以三相交-交矩阵变换器为主要研究 对象。 1矩阵变换器控制策略 根据矩阵变换器控制目标为输出电压或输出电流的不同， 可将变换器各种控 制方法分为电压控制法和电流控制法两大类。 电压控制法以变换器输出电压为控 制目标， 根据变换器合成输出电压时有无中间直流环节又可分为间接控制法和直 接控制法。间接控制法通过虚拟一个中间直流环节分两步合成输出电压，如 SVPWM 控制法，而直接控制法则由输入电压直接合成输出电压，如 Venturini 控制法和双电压控制法。 本文将采用 SVPWM 控制法 基本原理是： 将变换器虚拟为一个整流器和一个逆变器经中间直流环节的串 接。 然后对输入整流器和输出逆变器分别进行电压空间矢量和电流空间矢量调制 （即 SVPWM