牵引变流器抑制二次脉动影响的研究

摘要

在交—直—交传动系统中，由于单相脉冲整流器的工作特性，直流侧会产生二倍电网频率的脉动电压。直流二次脉动电压对牵引逆变器及牵引电机产生不利影响。消除此影响的处理方法一般有两种:一种是在直流侧加二次谐振滤波元件，滤除二次脉动电压;另一种方法在控制程序中增加相应的控制策略减小对逆变器及电机的不利影响。本文对两种方法都做相应的研究。
　　本文首先研究硬件滤除直流电压脉动。交—直—交传动系统的直流侧包括支撑电容、二次谐振滤波元件。本文给出直流侧支撑电容的设计方法及二次谐振滤波元件的选取方法。采用硬件电路滤波会造成传动系统的能量损耗。准确计算能量损耗对于合理设计变流器有实际的意义。为准确计算能量损耗，本文给出两种计算方法，一种是等效电阻理论，另外一种是功率守恒理论。采用硬件滤波，还有成本高、体积大、经常维修等缺点。故本文重点研究抑制直流侧二次脉动影响的控制方法，可以取代二次谐振电路。
　　本文采用的控制策略有正负电压平衡法、转矩电流无拍频控制策略、基于PIR控制器抑制直流侧二次脉动的影响。本文先研究正负电压平衡法。该方法的核心思想为直流侧即使存在二次脉动，逆变器输出电压依然保持不变。本文研究该方法的基本原理。采用正负电压平衡法可改善逆变器输出电压、电机的电流、电机的转矩。在基频以下，本文研究基于SVPWM调制下实现正负电压平衡法的具体策略。电机进入额定频率后，一般采用方波控制，正负电压平衡法依旧适用方波工况，并给出修正调制波频率的公式。本文用MATLAB/Simulink验证该控制策略的有效性。其次本文研究转矩电流做无拍频控制策略。本文研究该方法的基本原理并对此进行分析，通过改善转矩电流可以减小电机的谐波电流及改善转矩脉动。本文用MATLAB/Simulink验证无拍频控制策略的有效性。本文研究基于PIR控制器抑制直流侧二次脉动的影响。本文通过分析可知道该方法可以抑制转矩电流、励磁电流的拍频分量，从而减小电机的转矩脉动。本文通过仿真验证该控制策略的有效性。
　　为实验验证控制策略的有效性，本文搭建交流互馈实验平台，并在该平台上分别完成正负电压平衡法和转矩电流无拍频控制策略的实验验证。本文分别介绍两种方法的实现策略并给出相应的程序框图，并对部分程序做具体的阐述，比如延时、中断的嵌套问题、带通滤波器的设计等。最后本文做了不同工况（轻载、中载、重载）下的实验，实验结果验证抑制控制策略的有效性。

目录

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文提出的背景与意义

1．2 论文的研究目的以及结构安排

2 硬件滤除直流电压脉动的研究

2．1 交-直-交传动系统直流侧硬件电路的设计

2．1．1 交-直-交传动系统直流侧二次滤波电路的设计

2．1．2 交-直-交传动系统直流侧支撑电容的设计

2．2 二次滤波回路损耗的计算

2．2．1 等效电阻理论

2．2．2 功率守恒理论

2．3 二次回路损耗的仿真验证

2．4 硬件滤波存在的缺点

2．5 本章小结

3 抑制直流侧二次脉动影响的控制方法

3．1 正负电压平衡法抑制直流侧二次脉动的影响

3．1．1 正负电压平衡法的基本思想

3．1．2 正负电压平衡法抑制二次脉动影响的基本原理及分析

3．1．3 基于SVPWM调制下的正负电压平衡法

3．1．4 正负电压平衡法适用于方波工况的讨论

3．1．5 正负电压平衡法抑制直流侧二次脉动影响的仿真以及分析

3．2 转矩电流无拍频控制抑制直流侧二次脉动的影响

3．2．1 转矩电流无拍频控制抑制直流侧二次脉动的基本原理及分析

3．2．2 转矩电流无拍频控制抑制直流侧二次脉动的仿真及分析

3．3 基于PIR控制器抑制直流侧二次脉动的影响

3．3．1 基于PIR控制器抑制直流侧二次脉动的基本原理及分析

3．3．2 基于PIR控制器抑制直流侧二次脉动的仿真及分析

3．4 本章小结

4 验证抑制直流侧二次脉动影响控制方法的实验

4．1 交流互馈实验平台系统

4．2 验证抑制直流侧二次脉动控制策略的实验以及分析

4．2．1 正负电压平衡法抑制直流侧二次脉动影响的实验

4．2．2 转矩电流无拍频控制策略抑制直流侧二次脉动影响的实验

4．3 本章小结

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 今后的研究工作

参考文献

作者简历

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