基于滑模控制的三相PWM整流器的研究与设计

摘要

目前,大部分的电力电子装置所使用的直流电源是通过不控整流或相控整流得到的,这些设备在运行中对电网注入了大量的谐波和无功,造成了严重的电网污染,并且同时存在功率因数低、交流侧输入电流严重畸变等缺点,已经不符合有关的新的国家规定。随着社会对“绿色”能源的重视不断提高,高功率因数PWM整流器因其具有交流输入侧电流波形趋于正弦化、功率因数高、能量回馈等优点,近年来受到广泛关注,因而得到飞速发展,也成为了电力电子领域新的热点研究课题之一。 本文首先对各种典型的PWM整流器主电路拓扑结构,原理作了比较详细的分析,建立了PWM整流器在ABC坐标系以及αβ坐标系,dq坐标系的数学模型。 然后,阐述了PWM整流器控制系统的研究与设计方法,分别对目前现有的几种PWM整流器控制策略建立了仿真模型,经过比较分析,结合项目本身所提出的各种要求,确定采用滑模变结构控制策略。 最后,采用TI公司的TMS320F2812芯片作为控制核心,上海嘉尚电子公司的DR系列驱动器作为主电路,设计了小功率的算法验证样机,再使用三菱的CM150DY-24H型IGBT搭建了大功率样机,通过试验进一步验证本论文所提及的整流器动态性能良好,能实现网侧电流正弦控制且与输入电压同相位,从而达到高功率因数整流的性能要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 PWM整流器研究的背景和意义

1.2 PWM整流器发展概况

1.2.1 PWM整流器应用现状

1.2.2 PWM整流器研究现状

1.3本课题研究的内容

1.4本章小结

第二章PWM整流器的工作原理以及数学模型的建立

2.1 PWM整流器的拓扑结构

2.1.1单相半桥和单相全桥电压型PWM整流器拓扑

2.1.2三相电压型PWM整流器拓扑

2.1.3电流型PWM整流器拓扑

2.2 PWM整流器的原理

2.2.1 PWM整流器的四象限运行

2.2.2单相电压型PWM整流器工作原理

2.2.3三相电压型PWM整流器工作原理

2.3 PWM整流器数学模型的研究

2.3.1开关函数描述的三相PWM整流器一般数学模型

2.3.2 ABC静止坐标系的低频模型

2.3.3两相坐标系的PWM整流器高频数学模型

2.4本章小结

第三章电流控制策略及其仿真分析

3.1 PWM整流器电流控制技术概述

3.1.1 PWM整流器间接电流控制

3.1.2 PWM整流器直接电流控制

3.2三相VSR电流滞环控制的设计

3.3三相VSR dq解耦控制的设计

3.3.1电流内环的设计

3.3.2电压外环的设计

3.4控制器系统仿真分析

3.4.1三相电压型PWM整流器直接电流控制(不定频滞环)

3.4.2三相电压型PWM整流器直接电流控制(不定频滞环SVPWM)

3.4.3三相电压型PWM整流器dq解耦控制

3.5本章小结

第四章滑模变结构控制器的设计

4.1滑模变结构控制原理基本概念

4.2滑模变结构控制器的设计

4.3空间矢量PWM控制(SVPWM)

4.4系统仿真

4.5本章小结

第五章硬件电路与软件设计

5.1硬件电路设计

5.1.1 TMS320F2812简介

5.1.2智能功率模块(IPM)系统板

5.1.3同步信号的产生

5.1.4三相VSR交流侧电感的设计

5.1.5三相VSR直流侧电容的设计

5.2控制器软件设计

5.2.1系统主要程序设计

5.2.2电网频率软件跟踪锁相原理及实现

5.2.3 SVPWM的算法实现

5.3本章小结

第六章系统调试与试验结果

6.1系统调试

6.1.1硬件电路调试

6.1.2软件调试

6.1.3系统软硬件闭环调试

6.2试验结果及分析

6.2.1小功率算法验证样机

6.2.2大功率样机

6.3本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢