陀螺仪中频逆变电源特定谐波消除技术研究

摘要

40V/500Hz中频逆变电源是某舰船陀螺仪必不可少的供电设备，要求电压、频率稳定，输出正弦波质量高。必须采用具有恒压恒频特性的逆变电源，来保证达到输出高质量交流电压的目的。谐波的存在容易导致有害力矩的产生，这将会对负载和逆变器本身造成严重的不稳定影响。为了减小逆变器的输出谐波，获得高质量的正弦波，本文研究了特定谐波消除技术在PWM(Pulse Width Modulation)逆变器中的应用。
　　首先，介绍了PWM波形的生成原理，以及几种常用的逆变器PWM技术：SPWM技术、随机PWM技术和特定谐波消除PWM技术。通过对这几种逆变器 PWM技术特点的对比分析，说明采用特定谐波消除 PWM技术，能够在较低的开关频率内输出最佳的电压波形，电压利用率高，具有一定的优越性和实用性。
　　其次，建立了特定谐波消除PWM的数学模型，针对使用牛顿迭代法求解特定谐波消除 PWM的数学模型时，对迭代的初始值要求较高，所以采用大范围快速收敛同伦算法来解决这一问题。通过采用两种方法求解转换角非线性超越方程组的对比，证明了同伦算法的优越性。同时，考虑到同伦算法求解精度不高，提出将牛顿迭代法和同伦算法相结合的同伦牛顿算法运用到转换角非线性方程组的求解中。
　　再次，对双极性单相的特定谐波消除PWM逆变器进行了仿真，分析了其输出电压波形以及频谱分布。考虑到降低在硬件实现难度的问题，通过研究转换角的分布规律，提出了窄脉冲直接判断省略的优化方法，并通过仿真进行分析验证。同时，对三相逆变器采用SPWM调制与特定谐波消除PWM调制的谐波进行了仿真对比分析。
　　最后，针对特定谐波消除PWM技术只需消除高次谐波的要求，研究了滤波器参数对逆变器性能的影响，并提出了一种设计滤波器参数的计算方法。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

第二章 逆变器PWM技术分析

2.1 PWM波形的生成原理

2.2 SPWM技术

2.3 随机PWM技术

2.4 特定谐波消除PWM技术

2.5 本章小结

第三章 特定谐波消除技术的研究

3.1特定谐波消除PWM数学模型的建立

3.2 非线性超越方程组的求解

3.3死区设置对谐波幅值的影响

3.4 同伦算法

3.5 同伦算法在特定谐波消除PWM逆变器中的应用

3.6 本章小结

第四章 基于MATLAB/SIMULINK的仿真分析

4.1 仿真及分析

4.2 特定谐波消除PWM技术的优化

4.3 SPWM与特定谐波消除PWM谐波对比分析

4.4 本章小结

第五章 逆变器输出滤波器参数研究与设计

5.1 滤波器介绍

5.2 滤波参数研究

5.3 滤波器参数设计

5.4 仿真及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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