航空发电机测试用电力电子负载的研制

摘要

本文所研制的三相能馈式电力电子负载装置，主要应用于航空发电机性能测试，是一种能够模拟阻性、容性及感性等各种负载特性的电力电子装置。本文首次将三相能馈式拓扑方案应用于航空发电机测试负载，它最大的特点在于能够以单位功率因数并网馈能，实现电能的循环再生利用，从而降低了设备功耗、减小了设备体积和重量、节省了安装空间。同时，该装置能够实现所模拟负载幅值和相位的无级调节，从而能够模拟各种负载情况，实现对被测发电机带载性能的全方位测试。 本文首先进行了系统总体解决方案的选择和论证。通过分析系统设计的重点和难点，选择了一种相对较优的系统解决方案，并通过理论推导和MATLAB仿真，对系统方案的可行性进行了论证。接着进行了系统具体软硬件设计，其中硬件电路设计结合Pspice、protel等辅助软件工具，采取了先仿真、再调试的思路进行，文章中给出了部分仿真结果。整个系统被分成了三相整流模块、三相逆变模块和辅助电源三个独立的模块，分别进行设计。其中每个模块又分成了主功率部分和控制部分。三相整流模块和三相逆变模块均采用电压型三相整流器作为主功率拓扑，它在三相整流中用作三相boost电路，而在三相逆变模块中被用作电压型三相逆变器，主开关元件选择IGBT。这两个模块的控制部分均采用基于TI公司的DSP芯片TMS320LF2407实现，通过软硬件结合，实现整流和逆变的电流滞环PWM控制。辅助电源主要给电路中的各个IC供电，主功率拓扑采用反激电路，选择功率场效应管作为开关元件，其控制部分采用基于3843芯片的PWM控制实现。 试验结果表明，该方案能较好的实现航空发电机负载模拟功能，负载模块交流侧电流近似正弦，功率因数近似-1。

目录

文摘

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第一章概述

§1.1航空发电机测试用电负载装置的历史与现状

§1.2三相能馈式电力电子负载的优点和应用前景

§1.3本文涉及的研究内容及其编排

第二章系统分析及解决方案

§2.1负载模拟原理

§2.1.1发电机带载实验系统

§2.1.2等效电路和数学模型

§2.2系统解决方案

§2.2.1方案选择

§2.2.2方案分析

§2.3关键问题分析

§2.3.1脉冲整流器(PWM整流器)简介

§2.3.2三相电压型脉冲整流器分析

§2.3.3三相电压型PWM整流器的控制策略

第三章系统数学模型及仿真验证

§3.1系统整体结构及工作机理

§3.2系统d-q模型

§3.2.1关于d-q坐标变换

§3.2.2系统d-q模型及其分析

§3.3系统Matlab仿真

第四章系统整流模块设计

§4.1主电路结构设计及参数选择

§4.1.1主开关管的选择

§4.1.2交流侧滤波电感设计

§4.1.3缓冲吸收电路的设计

§4.2控制系统设计

§4.2.1系统整流模块控制系统整体结构

§4.2.2 IGBT驱动电路的设计

§4.2.3信号检测及调理电路的设计

§4.2.4保护电路的设计

§4.2.5系统整流部分滞环电流控制的DSP实现

第五章系统逆变模块设计

§5.1主电路结构设计及参数选择

§5.1.1主开关管的选择

§5.1.2交流侧滤波电感设计

§5.1.3直流侧支撑电容设计

§5.2逆变模块控制系统设计

§5.2.1逆变模块控制系统的关键参数

§5.2.2逆变模块控制策略的DSP实现

结束语

致谢

参考文献