高功率因数软开关中频变频器的研究

摘要

近年来,随着变频器的频率不断提升,功率不断增大,通用变频器在一些应用场合中逐渐暴露出它的弊端,比较突出的有两个方面:一是网侧功率因数低;二是开关器件损耗过大。针对上述缺点本文提出了一种新型的电路拓扑,将功率因数校正(PFC)和软开关技术有机地结合起来,既提高了功率因数又降低了开关损耗。
　　 本文分别对三相PFC技术和软开关逆变技术的原理、拓扑结构进行了详细地分析与比较。主电路的前端的功率因数校正部分使用的是三相双开关PFC电路,增加了两个辅助开关,电路拓扑结构简单,采用电流内环和电压外环的双闭环控制,电路工作在电流连续模式(CCM)下,网侧功率因数高,为后端提供稳定的直流电压;后端软开关部分使用的是直流谐振PWM逆变电路,结构上增加了三个辅助开关以及谐振电感Lr和电容Cr,使用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术,从空间矢量的角度研究了逆变桥的零电压过渡过程,控制电路可以满足不同的PWM调制策略,辅助开关的动作也都是在软开关条件下进行的。
　　 根据理论分析,进行了仿真以及实验验证。通过仿真软件Matlab中的Simulink进行建模仿真,验证系统的兼容性、稳定性以及带载能力(拖动电机的能力)。仿真结果说明前后端的系统相互独立,干扰小;网侧功率因数接近1,THD为10.42％;输出三相电压波形平滑,电机调速性能稳定。同时,搭建了以TI公司的DSP2407为控制核心的实验平台,由于采用数字化的控制方式,硬件部分有采样电路以及驱动电路,其余工作都由软件完成。实验结果说明交流侧功率因数高,直流母线电压可控,电压和电流的波形较为平滑且畸变小。整个系统有效地降低了谐波污染和开关损耗,提高了系统的效率。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 变频器的发展现状

1.1.1 国外变频器的现状

1.1.2 国内变频器的现状

1.2 变频器的控制方式

1.3 有源功率因数校正技术和软开关技术的发展趋势

1.3.1 有源功率因数校正的发展趋势

1.3.2 软开关技术的发展趋势

1.4 选题意义和主要工作

1.4.1 选题意义

1.4.2 课题的主要工作

第二章 系统总体方案选择

2.1 系统总体架构

2.2 三相功率因数校正电路的分析与选择

2.2.1 功率因数校正技术的原理

2.2.2 三相功率因数校正技术的电路拓扑

2.2.3 三相功率因数校正电路的选择

2.3 软开关逆变器的分析与选择

2.3.1 软开关技术的原理

2.3.2 软开关逆变器的电路拓扑

2.3.3 软开关逆变电路的选择

2.4 异步电机电压空间矢量控制以及矢量控制的分析

2.4.1 空间矢量的定义

2.4.2 坐标变换

2.4.3 三相异步电机在dq坐标系上的数学模型

2.4.4 矢量控制的算法实现

2.5 本章小结

第三章 系统主电路分析与设计

3.1 主电路结构

3.2 三相双开关PFC电路的分析与设计

3.2.1 三相双开关PFC电路的工作原理

3.2.2 三相双开关PFC电路的控制分析

3.2.3 元件参数计算

3.3 直流谐振PWM软开关电路的分析与设计

3.3.1 直流谐振PWM软开关电路的工作原理

3.3.2 直流谐振PWM软开关电路的控制分析

3.3.3 元件参数计算

3.4 本章小结

第四章 基于DSP系统控制电路设计

4.1 DSP系统控制框图

4.2 驱动电路

4.3 直流母线电压采集电路

4.4 带通滤波放大电路

4.5 SVPWM的程序流程

4.6 本章小结

第五章 仿真实验及结论

5.1 三相双开关PFC模块设计和仿真结果

5.1.1 仿真模块设计

5.1.2 仿真结果

5.2 直流谐振软开关逆变模块设计和仿真结果

5.2.1 仿真模块设计

5.2.3 仿真结果

5.3 实验结果

5.4 本章小结

第六章 全文总结

致谢

参考文献

附录

附录A 相关电路图

附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文