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三电平SVPWM整流器的研究与设计

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-03  浏览次数:902
核心提示:三电平SVPWM整流器可以消除对电网的谐波污染,不仅能够实现整流器系统单位功率因数控制,而且可以实现整流器交流侧和直流侧能量的双向流动,同时整流器直流侧的直流电压在一定范围内稳定可调。
 【摘要】:目前,在高压大功率领域中,随着现代电力电子技术的飞速发展和广泛应用,由普通二极管整流器所造成的电网谐波污染问题日益严重。提高电网的功率因数,消除电网谐波污染,已成为整流器技术发展的趋势。

三电平SVPWM整流器可以消除对电网的谐波污染,不仅能够实现整流器系统单位功率因数控制,而且可以实现整流器交流侧和直流侧能量的双向流动,同时整流器直流侧的直流电压在一定范围内稳定可调。

本文主要以中点钳位型三电平整流器为研究对象,首先分析研究了中点钳位型三电平整流器的原理和拓扑结构,并在此基础上推导其数学模型,建立数学模型是研究三电平整流器的有效方法,为控制策略的研究提供了理论依据。 在三电平中点钳位式整流器数学模型建立的基础上,采用基于dq轴前馈解耦控制策略和空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略,对三电平整流器进行控制。为了避免三电平整流器不同区域矢量在扇区切换中输出矢量突变,提出了一种首发矢量全部采用负小矢量的空间矢量调制算法,并给出了参考电压矢量相应的输出电压矢量作用顺序,推导了三角形顶点各开关电压矢量的作用时间。基于检测到的三相输出电流、中点电流方向和直流侧电容电压,提出了控制和调制的策略,并用仿真试验结果验证了其控制策略和调制算法的可行性。 最后,在前面理论分析的基础上,以DSP芯片TMS320F240为控制平台,搭建了三电平整流器控制系统硬件电路的设计和相应的系统软件。

【学位授予单位】:东北大学

【学位级别】:硕士

【学位授予年份】:2009

【分类号】:TM461

【目录】: 中文摘要5-6

Abstract6-10

第1章 绪论10-18

1.1 课题研究的背景和意义10-11

1.2 多电平变换器的研究现状11-12

1.3 多电平变换器的拓扑结构12-15

1.3.1 二极管钳位型多电平变换器12-13

1.3.2 飞跨电容型多电平变换器13-14

1.3.3 级联型多电平变换器14-15

1.4 三电平中点钳位整流器15

1.5 多电平整流器的调制策略简述15-16

1.6 本文的主要内容16-18

第2章 三电平PWM整流器数学模型及电压空间矢量脉宽调制策略18-36

2.1 三电平PWM整流器数学模型19-24

2.1.1 ABC坐标下三电平PWM整流器的数学模型20-21

2.1.2 dq坐标下三电平PWM整流器的数学模型21-24

2.2 三电平PWM整流器电压空间矢量脉宽调制策略24-34

2.2.1 三电平PWM整流器电压空间矢量脉宽调制策略24-33

2.2.2 一种减小开关损耗的SVPWM方法33-34

2.3 本章小结34-36

第3章 三电平SVPWM整流器的MATLAB仿真36-48

3.1 Matlab软件介绍36

3.2 三电平整流器系统的仿真36-43

3.2.1 系统的仿真搭建36-37

3.2.2 控制电路37-38

3.2.3 信号转换电路38-39

3.2.4 PWM波形发生模块39-43

3.3 仿真结果43-46

3.3.1 仿真参数的设置44

3.3.2 仿真结果44-46

3.4 本章小节46-48

第4章 基于DSP TMS320F240芯片的三电平整流器硬件设计48-58

4.1 系统的总体设计方案48

4.2 主电路的设计48-51

4.2.1 进线熔断器48

4.2.2 功率开关的选择48-49

4.2.3 二极管的选择49

4.2.4 滤波电容器49

4.2.5 整流器交流侧电感设计49-50

4.2.6 阻容吸收回路50

4.2.7 IGBT的驱动电路设计50-51

4.3 基于TMS320F240芯片的控制电路设计51-55

4.3.1 外部电源电路52-53

4.3.2 外部晶振电路53

4.3.3 JTAG仿真接口电路53

4.3.4 外部存储器RAM53-54

4.3.5 键盘和显示电路54-55

4.4 检测电路的设计55-57

4.4.1 交流侧输入电压同步信号检测55-56

4.4.2 交流侧输入电压检测56

4.4.3 交流侧输入电流检测56-57

4.4.4 直流侧直流电压检测57

4.4.5 电压相位检测57

4.6 本章小结57-58

第5章 系统的软件设计58-66

5.1 主要子程序设计58-61

5.1.1 PI子程序设计58-59

5.1.2 A/D子程序设计59

5.1.3 键盘与显示程序59-61

5.2 中断子程序的设计61-63

5.3 DSP主程序设计63-64

5.4 本章小结64-66

第6章 总结与展望66-68

参考文献68-72

致谢72-74

附录A74-79

附录B79-80

附录C80

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