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三相电压型PWM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:724
核心提示:本论文侧重于三相电压型PWM整流器控制系统的工程设计与实现,主要包括控制方法的研究、空间矢量的实现、系统的硬件与软件设计,以及样机的研制。

【摘要】: 三相电压型PWM整流器具有输入电流正弦且实现单位功率因数、直流电压恒定且可以迅速调节控制,以及良好的动态性能且可以实现能量的双向流动等显著优点,符合“绿色电能变换”潮流,因而得到了广泛的应用与研究。 三相电压型PWM整流器是一个强耦合、时变非线性系统,控制较为复杂。

本论文侧重于三相电压型PWM整流器控制系统的工程设计与实现,主要包括控制方法的研究、空间矢量的实现、系统的硬件与软件设计,以及样机的研制。 首先,本文介绍PWM整流器的典型拓扑和工作原理,并建立了三相电压型PWM整流器在ABC三相静止坐标系和dq两相同步旋转坐标系下的数学模型。基于dq数学模型,完整地给出了三相电压型PWM整流器的一种混合非线性控制方法,并采用双闭环控制结构对控制器进行了设计,实现了三相电压型PWM整流器有功功率和无功功率的解耦控制;电压外环采用滑模变结构控制,充分利用其对系统参数变化及负载扰动的强鲁棒性,来控制三相电压型PWM整流器直流输出电压,并输出电流指令;电流内环采用基于输入输出线性化的变结构控制,充分利用其响应速度快、跟踪精度高、抗扰能力强的优点,按电压外环输出的电流指令来实现单位功率因数和正弦波电流控制。同时,结合交流电机理论中的矢量控制,给出了三相电压型PWM整流器的空间矢量控制,详细分析了其实现方法,通过搭建Matlab仿真模型,仿真结果验证了三相电压型PWM整流器控制方法的可行性。 其次,论文给出了三相电压型PWM整流器的主要技术参数,对系统的硬件与软件进行了设计。硬件方面,介绍了主电路LC的设计方法、功率开关管的选型、以及驱动保护电路的设计等;软件方面,采用TI公司的TM320F2812作为控制器,详细地给出了软件设计流程,对控制方法进行了数字实现。 最后,构建了三相电压型PWM整流器样机,并进行调试,实验结果验证三相电压型PWM整流器控制方法、工程设计的有效性和优越性。

【学位授予单位】:华南理工大学

【学位级别】:硕士

【学位授予年份】:2010

【分类号】:TM461

【目录】: 摘要6-7

ABSTRACT7-12

第一章 绪论12-18

1.1 课题研究背景及意义12-13

1.2 国内外PWM 整流器研究发展现状13-17

1.3 本课题研究的内容17

1.4 本章小结17-18

第二章 三相电压型PWM 整流器原理及控制方法18-37

2.1 PWM 整流器常见拓扑结构18-20

2.1.1 电压型PWM 整流器(VSR)拓扑18-19

2.1.2 电流型PWM 整流器(CSR)拓扑19-20

2.2 PWM 整流器的原理20-23

2.2.1 PWM 整流器的四象限运行20-22

2.2.2 三相电压型 PWM 整流器工作原理22-23

2.3 三相电压型PWM 整流器的数学模型23-29

2.3.1 三相VSR 一般数学模型23-26

2.3.2 dq 坐标系下三相VSR 数学模型26-29

2.4 三相电压型PWM 整流器常用的控制方法29-36

2.4.1 幅值相位控制29-31

2.4.2 固定开关频率PWM 电流控制31-33

2.4.3 滞环电流控制33-34

2.4.4 dq 解耦控制34-36

2.5 本章小结36-37

第三章 三相电压型PWM 整流器非线性控制器的设计37-65

3.1 滑模变结构控制37-42

3.1.1 滑模变结构控制基本原理37-39

3.1.2 基于滑模变结构控制的电压控制器设计39-42

3.2 精确反馈线性化控制42-47

3.2.1 精确反馈线性化控制原理42-44

3.2.2 基于输入/输出线性化的电流控制器设计44-45

3.2.3 基于线性化的变结构电流控制器设计45-47

3.3 空间矢量PWM 控制(SVPWM)47-55

3.3.1 空间矢量调制原理48-50

3.3.2 空间矢量调制的实现50-55

3.4 系统仿真研究55-64

3.4.1 系统参数及仿真模型的建立55-60

3.4.2 系统仿真波形及分析60-64

3.5 本章小结64-65

第四章 三相电压型PWM 整流器硬件设计65-85

4.1 硬件系统构成65-66

4.2 主电路设计66-74

4.2.1 进线熔断器66

4.2.2 功率器件选型66-67

4.2.3 交流侧电感设计67-73

4.2.4 直流侧电容设计73-74

4.3 检测控制电路设计74-78

4.3.1 过零检测电路设计74-75

4.3.2 采样调理电路设计75-76

4.3.3 软启动控制电路设计76-77

4.3.4 相序检测电路设计77

4.3.5 DSP 控制电路设计77-78

4.4 驱动及保护电路设计78-84

4.4.1 IGBT 驱动与保护电路设计78-84

4.4.2 故障处理电路设计84

4.5 本章小结84-85

第五章 三相电压型PWM 整流器软件设计85-91

5.1 系统资源分配85

5.2 控制软件的构成85-90

5.2.1 主程序设计86-87

5.2.2 中断服务程序设计87-88

5.2.3 子程序设计88-90

5.3 本章小结90-91

第六章 系统调试与实验结果91-101

6.1 系统调试91-95

6.1.1 硬件调试91-94

6.1.2 软件调试94-95

6.2 实验结果及分析95-100

6.2.1 样机及实验设备96

6.2.2 稳态实验96-98

6.2.3 动态实验98-100

6.2.4 实验结论100

6.3 本章小结100-101

第七章 总结与展望101-102

7.1 全文总结101

7.2 今后工作展望101-102

参考文献102-107

附录 实验样机107-111

攻读硕士学位期间发表的学术论文111-112

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