用于变频调速装置的前级PWM整流器控制策略研究

摘要

PWM整流器用于变频调速装置,具有高功率因数、低电流谐波、电能可逆及动态响应快等优点,这些优点无疑使得PWM整流器可以作为理想的用电设备或者电网与其它电气设备的接口。论文详细分析了三相电压型PWM整流器的电气拓扑结构、数学模型、工作原理及相关控制策略。基于PWM整流器的数学模型,对电压型PWM整流器直接功率控制(DPC)系统的拓扑、开关表的构成机理进行了详细得描述和分析。针对传统开关表调节能力不足,导致的有功功率调节能力弱及无功失调,提出了一种新的开关表构造方法,从而改善了系统输出性能,通过仿真验证了该策略的可行性。根据实际工况需要,建立了一种三相PWM整流器双单输入输出(DSISO)模型,将三相PWM整流器等效为两个单相全桥PWM整流器,该模型能够实现能量的双向流动,并对基于该模型的空间矢量控制策略进行了研究,完成电阻负载条件下PWM整流运行、电机空载条件下能量回馈实验和电机带载条件下能量回馈实验,实验结果验证了DSISO模型及其控制策略的有效性。基于三相PWM整流器的DSISO模型,以混沌动力学理论为基础,采用相空间重构法对PWM整流器的非线性特性进行了深入研究,依据相图法和绘制功率谱进行定性混沌分析,对时间序列求取最大Lyapunov指数和关联维数进行定量混沌分析。通过计算和仿真,验证了PWM整流器具有典型的混沌特征。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题发展现状

1.3 课题研究的目的及意义

1.4 课题研究的主要内容

2 PWM整流器的拓扑及数学模型

2.1 PWM整流器的拓扑分类

2.2 电压型PWM整流器的数学模型

2.2.1 ABC静止坐标系的低频模型

2.2.2 两相坐标下的低频数学模型

2.3 本章小结

3 三相电压型PMW整流器的控制策略

3.1 控制策略综述

3.2 直接功率控制策略

3.2.1 直接功率控制改进

3.2.2 仿真结果

3.3 空间电压矢量控制策略

3.3.1 空间矢量控制算法基础

3.3.2 空间矢量控制优势

3.4 本章小结

4 三相电压型PWM整流器DSISO模型及其控制策略

4.1 基于两相静止坐标系的PWM整流器DSISO模型

4.2 DSISO模型的区间划分方式

4.3 DSISO模型的PWM整流器换流方式

4.4 DSISO模型工作模式

4.5 DSISO模型的PWM整流器控制策略

4.6 本章小结

5 基于DSISO模型的PWN整流器空间矢量控制仿真及实验研究

5.1 系统仿真

5.2 系统实验

5.2.1 控制结构设计

5.2.2 主程序流程图

5.2.3 中断程序流程图

5.2.4 实验结果及分析

5.3 本章小结

6 基于DSISO模型的三相电压型PWM整流器混沌分析

6.1 非线性动力学系统混沌行为的发展背景

6.2 三相PWM整流器混沌行为研究的目的及意义

6.3 混沌动力学基础及研究方法

6.3.1 混沌动力学的基本概念

6.3.2 混沌时序研究方法

6.4 时延嵌入重构相空间法在三相电压型PWM整流器的应用

6.4.1 时延嵌入重构相空间法的理论基础

6.4.2 PWM整流器非线性行为相轨迹分析

6.5 三相PWM整流器混沌时序相空间重构的参数选取

6.5.1 延迟时间

6.5.2 嵌入维数

6.5.3 PWM整流器重构参数的求取

6.6 三相PWM整流器整流状态混沌时序的特征量

6.6.1 PWM整流器Lyapunov指数

6.6.2 PWM整流器关联维数

6.6.3 PWM整流器功率谱

6.7 三相PWM整流器逆变状态非线性行为分析

6.8 本章小结

7 结论与展望

致谢

参考文献

在校学习期间已发表的论文