毕业设计_论文_开题报告

天津科技大学本科生

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姓名 :冯嵩

指导教师（签名）刘文良

2008年3月14日

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价）

矩阵变换器的电路拓扑形式在1976年由Gyugui．L提出，1979年意大利学者M．Venturini和A．Alesina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M．Venturini和A．Alesina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，P．D．Ziogas等提出了一种间接PWM控制方法这些研究基本克服了M．Venturini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。

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）,再消去中间直流环节，就得到整个变换器的空间矢量调制。这一控制方法的物理意义明确，简单易懂。更重要的是，对于采用矢量控制的电机调速应用场合，可将电机调速系统的矢量控制和变换器的矢量控制合为一体。2．基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统

采用将矩阵变换器作为异步电动机矢量控制系统的功率变换电源，目的在于突出矩阵变换器本身所具有的输入功率因数高、能量可以双向流动等优点，同时发挥异步电动机矢量控制系统动态性能好、调速范围宽的优点，从而构成高性能的交流调速系统，并满足电网电能质量要求。系统采用转子磁链开环的转差频率型矢量控制系统。

3．采用MATLAB 软件来搭建基于矩阵变换器的异步电动机矢量控制系统的仿真模型，实现异步电动机的四象限可逆运行。

研究进程安排

2.25~

3.15完成毕业实习、调研工作，撰写实习报告。

3.17~3.22查阅相关文献资料，完成开题报告。

3.24~3.29查阅英文资料，完成英文翻译。

3.31~

4.19矩阵变换器以及调速系统工作原理分析，空间矢量控制策略的确定。系统总体方案设计。

4.21~

5.10系统仿真模型的建立。

5.12~5.31仿真编程及调试，仿真实验结果分析

6.2~6.14工作总结，撰写毕业论文。

6.16~6.21提交论文初稿，论文修改。

6.23~6.28论文排版装订，答辩准备及答辩。