矩阵式交流-直流变换器的设计与实现

摘要

矩阵式变换器是一类性能优良的功率变换器，允许频率单级变换，无需大容量的储能元件，输入功率因数接近1并可自由调节，能量可双向流动。矩阵式变换器本身也是一种柔性的、通用的电力变换器，它可以演化出多种电力变换器拓扑结构，本文研究一种由矩阵式交/交变换器演化来的交流-直流变换器，它除具有矩阵式变换器的一般特征外，还具有不同于现有交流-直流变换器的其它特征。论文采用计算机仿真与实验结合的方法，深入研究了一种具有四象限运行能力的矩阵式交流-直流电力变换器。
　　 本文分析了变换器的三种控制策略，通过比较，认为电流空间矢量调制算法更适用于该变换器；论文研究了矩阵式交流-直流变换器的安全换流问题，针对矩阵式交流-直流变换器的运行特点，分析指出一步换流策略适用于矩阵式交流一直流变换器的设计，同时设计并实现了一步换流的逻辑控制电路；为进一步研究该变换器性能，同时也为变换器的实验研究奠定基础，建立了矩阵式交流-直流变换器的仿真模型，对变换器的控制性能及运行性能进行了较完整的仿真研究，仿真结果验证了理论分析的正确性。
　　 最后以德州仪器公司TMS320F2812型DSP和复杂可编程逻辑器件XC9572XL组成的“双核”控制系统为核心，采用模块化设计方法，建立了矩阵式交流-直流变换器的硬件系统实验平台，基于电流空间矢量调制策略和一步换流策略对矩阵式三相交流-直流变换器进行了实验研究。实验结果与仿真结果基本相符；实验结果验证了有关理论分析的正确性与设计方案的有效性，为变换器进一步实用化研究提供了依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.1.1传统整流手段简介

1.1.2传统整流手段存在的问题

1.1.3解决电力系统公害的对策

1.2国内外研究现状

1.2.1矩阵式变换器的电路拓扑结构研究

1.2.2矩阵式变换器的控制策略研究

1.2.3矩阵式变换器的换流策略研究

1.2.4矩阵式变换器的技术最新进展

1.3矩阵式交流-直流变换器的研究意义

1.4本文的主要研究内容

第二章 矩阵式交流-直流变换器

2.1矩阵式交流-直流变换器的拓扑结构

2.1.1主电路拓扑

2.1.2双向开关模块

2.2矩阵式交流-直流变换器的控制策略

2.2.1开关函数法

2.2.2滞环电流比较法

2.2.3电流型空间矢量调制算法

2.3矩阵式交流-直流变换器中的换流问题

2.3.1四步换流法

2.3.2两步换流法

2.3.3一步换流法

2.3.4一步换流法在AC/DC MC中的实现

2.4矩阵式交流-直流变换器的仿真研究

2.4.1仿真软件介绍

2.4.2仿真模型系统框图

2.4.3主回路模型

2.4.4脉冲产生电路模型

2.4.5脉冲分配电路模型

2.4.6系统仿真模型

2.4.7仿真结果分析

2.5本章小结

第三章 矩阵式交流-直流变换器的设计与实现

3.1系统硬件设计与实现

3.1.1检测电路的设计与实现

3.1.2开关矩阵的设计与实现

3.1.3驱动电路的设计与实现

3.1.4控制电路的设计与实现

3.1.5保护电路的设计与实现

3.2软件设计与实现

3.2.1主程序作用

3.2.2软件定时器中断程序作用

3.2.3 XINT1中断程序作用

3.3实验研究

3.4本章小结

第四章 总结与展望

4.1矩阵式交流-直流变换器及其控制系统研究总结

4.2矩阵式交流-直流变换器的前景展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果