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三相电压型PWM整流器的研究与设计

作　者: 刘翔
导　师: 张爱玲
学　校: 太原理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 整流器不平衡电网软件锁相环 TMS320F2812 仿真
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

与二极管不可控整流或相控晶闸管整流器相比,PWM整流器具有网侧电流对称正弦、单位功率因数运行、能量能够双向流动的优点。本文在电网平衡和电网不平衡两种条件下,对三相电压型PWM整流器进行了软件设计与系统实验。本文通过三相软件锁相环实现对电网电压相位的获取与同步,研究中提出了利用PI调节器输出的误差角频率与2812定时器计数值的对应关系,产生定时器周期中断,在中断程序中加固定角度,达到锁相的目的。实验结果表明了该方法的可行性。通过增加限流电阻与软件编程解决了PWM整流器在硬件、软件上的启动问题。在此基础上,就电网电压平衡条件下,进行了稳态和动态性能实验。实验结果表明本文设计的三相电压型PWM整流器实现了交流侧电流对称正弦,直流电压恒定跟随给定值,单位功率因数运行以及能量双向流动。针对电网电压不平衡的运行条件,本文深入研究了三相电压型PWM整流器不平衡条件下正、负序电量关系、三相电压型PWM整流器的数学模型以及电网电压不平衡条件下三相PWM整流器的控制策略。在此基础上,利用MATLAB仿真工具建立了基于正、负序旋转坐标系下双电流控制系统的仿真模型。仿真结果表明,其一采用抑制网侧交流负序电流的不平衡控制策略,改善了三相电压型PWM整流器交流侧电流波形,使其三相电流基本对称。其二采用基于抑制直流侧电压谐波控制策略,基本消除了三相电压型PWM整流器直流电压2次谐波。电网电压不平衡条件下完成了三相电压型PWM整流器实验。实现了电网不平衡电压的分离,为电网电压不平衡条件下的PWM整流器实验奠定了基础。采用正序、负序两套同步旋转坐标系的独立控制方案较好抑制了直流侧电压谐波,实现了无静差控制,能够比较好地减少不平衡电网中2次谐波带来的谐波污染,提高了控制系统的跟踪性能和抗干扰性能。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-19
  1.1 PWM整流器概述  12-13
  1.2 PWM整流器控制策略的研究概况  13-17
    1.2.1 三相电压型PWM整流器平衡控制策略研究  13-15
    1.2.2 三相电压型PWM整流器的不平衡控制研究  15-17
  1.3 论文的研究内容及主要工作  17-19
第二章三相电压型PWM整流器  19-38
  2.1 三相电压型PWM整流器的工作原理  19-21
  2.2 三相电压型PWM整流器的数学模型  21-25
    2.2.1 三相电压型PWM整流器的一般数学模型  21-24
    2.2.2 三相电压型PWM整流器在(d,q)坐标系下的数学模型  24-25
  2.3 PWM整流器基于固定开关频率的SVPWM电流控制策略  25-28
  2.4 电压空间矢量(SVPWM)控制  28-32
    2.4.1 三相电压型PWM整流器空间电压矢量分布  28-30
    2.4.2 SVPWM控制算法  30-32
  2.5 仿真结果的分析  32-38
    2.5.1 三相电压型PWM整流器系统仿真模型图  32-33
    2.5.2 负载突变的仿真  33-35
    2.5.3 直流侧调压时的仿真  35-36
    2.5.4 PWM整流器能量双向流动能力仿真  36-38
第三章电网电压不平衡时三相电压型PWM整流器的控制  38-53
  3.1 电网电压不平衡的原因  38
  3.2 电网电压不平衡时对三相电压型PWM整流器的影响  38-39
  3.3 电网电压不平衡条件下三相电压型PWM整流器的数学模型  39-42
    3.3.1 电网电压不平衡条件下正、负序电量关系  39-40
    3.3.2 电网电压不平衡条件下三相电压型PWM整流器的数学模型  40-42
  3.4 电网电压不平衡条件下三相PWM整流器的控制策略  42-47
    3.4.1 电网电压不平衡条件下三相PWM整流器的工作原理  42-43
    3.4.2 电网不平衡电压的检测  43-44
    3.4.3 抑制三相电压型PWM整流器交流负序电流不平衡的控制策略  44-45
    3.4.4 抑制三相电压型PWM整流器直流侧电压二次谐波的不平衡控制策略  45-47
  3.5 电网电压不平衡时三相电压型PWM整流器的仿真  47-53
    3.5.1 电网不平衡电压检测的仿真  47-48
    3.5.2 抑制交流负序电流的仿真  48-50
    3.5.3 抑制直流侧二次谐波的仿真模型以及仿真波形  50-53
第四章三相电压型PWM整流器的硬件和软件设计  53-70
  4.1 系统的硬件设计  53-54
  4.2 主电路的构成  54-56
  4.3 控制电路的构成  56-61
    4.3.1 TMS320F2812的特点及其系统配置  57-59
    4.3.2 基于ADS8365的信号采集处理电路  59-61
    4.3.3 信号调理电路  61
  4.4 软件设计  61-63
    4.4.1 主程序设计  61-62
    4.4.2 中断服务程序设计  62-63
  4.5 三相软件锁相环设计  63-66
    4.5.1 硬件锁相环  63
    4.5.2 三相软件锁相环原理  63-65
    4.5.3 三相软件锁相环实现方法  65-66
  4.6 电压型PWM整流器的启动问题  66-67
  4.7 数据定标  67-68
    4.7.1 Iqmath库介绍  67-68
    4.7.2 定标Q的选取  68
  4.8 本章小结  68-70
第五章系统实验结果  70-81
  5.1 系统调试  70-72
    5.1.1 三相软件锁相环  70-71
    5.1.2 整流器从二极管整流状态切换到PWM整流状态  71-72
    5.1.3 电流内环跟踪实验  72
  5.2 电网电压平衡条件下的性能试验结果  72-76
    5.2.1 稳态性能试验结果  72-74
    5.2.2 动态性能试验结果  74-76
  5.3 PWM整流器能量双向流动实验  76-77
  5.4 电网电压不平衡情况下的实验结果  77-81
    5.4.1 电网电压不平衡时,平衡控制方式的实验结果  77-78
    5.4.2 正负序分量实验  78-79
    5.4.3 抑制交流负序电流的实验  79-80
    5.4.4 抑制直流侧二次谐波的实验  80-81
第六章结论与展望  81-84
  6.1 全文总结  81-82
  6.2 展望  82-84
参考文献  84-87
附录  87-90
  附录1 本文采用的系统实验平台图  87-90
致谢  90-91
攻读学位期间发表的学术论文  91

三相电压型PWM整流器的研究与设计

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