基于双PWM电流源型高压变频器的研究

摘要

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,但是随着经济和社会的快速发展,能源在不断地被消耗。特别是自二十世纪八十年代以来,全世界范围内出现的能源危机,使得节约能源成为人们的普遍共识。作为节约电能的重要手段,交流电机调速引起了人们的高度重视。特别是近些年电力电子技术以及电机控制理论的快速发展,三相交流电机的变频调速系统也将会越来越多的运用到国民经济的生产中来。高压变频器作为大功率高压变频调速系统中的驱动装置,是目前公认的交流电动机最理想、最有前途的调速装置。
　　 大功率电流源型高压变频器,不仅可以用于工厂旧传动系统的节能改造工程,还可以用于直驱风力发电系统,所以对它的研究具有很高的潜在价值。同时针对国内对电流源型变频器研究偏少的现状,所以本文选择了基于双PWM电流源型高压变频器作为课题研究对象。本文主要研究内容如下:
　　 1、分析比较各种高压变频器拓扑结构优缺点,给出了本文设计的1MW双PWM电流源型高压变频器拓扑结构图。
　　 2、根据PWM电流源型整流器和逆变器的特点,提出了输入输出滤波器、直流电感参数的计算方法,并对具有抑制共模电压的一体化直流电抗器的结构设计进行了研究。
　　 3、本文所设计电流源型变频器的逆变侧采用的是空间矢量调制(SVM)方式,所以文中详细介绍了SVM原理,并给出它的数字实现方法。
　　 4、文中详细介绍了基于双PWM方式电流源型变频器的整流侧和逆变侧的控制方法,对易于实现高功率因数的功率因数控制法和易于实现改进型SVM的磁场定向控制策略进行了分析研究,并在此基础上给出了实现方法。
　　 5、本文最后在理论分析和仿真的基础上构建了实验平台,设计了基于DSP+CPLD控制的10kVA电流源型变频器的实验样机,并编写了部分程序,给出了相关实验波形。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 高压变频调速的发展历史

1.3 国内外中高压变频器应用现状

1.4 高压变频调速系统拓扑结构简介

1.4.1 高低高式高压变频器

1.4.2 三电平电压型高压变频器

1.4.3 功率单元串联式多电平高压变频器

1.4.4 多脉波电流源型高压变频器(多脉波SCR-CSI)

1.4.5 基于双PWM电流源型高压变频器

1.5 本文主要研究内容

第二章 双PWM电流源型高压变频器拓扑结构

2.1 输入滤波器参数取值

2.2 输出滤波器参数取值

2.3 直流电抗器的参数取值

2.3.1 直流电感的取值

2.3.2 一体化直流电抗器结构设计

2.4 系统仿真验证

2.5 本章小结

第三章 电流源型变频器SVM控制技术

3.1 空间矢量PWM(SVM)技术

3.1.1 开关状态

3.1.2 空间矢量

3.1.3 开关管通断时间计算

3.1.4 电流空间矢量合成模式

3.2 基于改进型SVM的DSP实现

3.2.1 二、三值逻辑转换

3.2.2 指令电流矢量所在区间的判断

3.2.3 基于改进型的导通时间计算

3.3 触发脉冲的形成

3.4 本章小结

第四章 电流源型变频器的控制方法

4.1 功率因数控制

4.1.1 调制因数和延迟角同时控制原理

4.1.2 功率因数双环控制法

4.1.3 功率因数双环控制法仿真验证

4.2 基于SVM的矢量控制调速技术

4.2.1 3/2静止变换

4.2.2 2s/2r变换

4.2.3 异步电动机数学模型

4.2.4 磁场定向

4.2.5 基于转子磁场定向的传动控制策略

4.3 本章小结

第五章 系统硬件电路和软件实现

5.1 系统硬件组成结构

5.2 基于DSP+CPLD结构的控制器模块

5.3 控制系统的软件实现

5.4 本章小结

第六章 电流源型变频器样机设计

6.1 基于DSP+CPLD的控制模块的信号处理

6.2 样机实验波形图

6.3 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文