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逆变电源谐波的分析与优化设计

作　者: 于新平
导　师: 王正
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: PWM逆变器 特定消谐 直流母线电容 牛顿迭代法
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电力电子技术的发展使得基于PWM电压型逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通等诸多领域。在高效节能的同时,对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。本文通过对逆变电源输出的电压中谐波的频谱进行分析，对特定消谐技术以及直流母线滤波电容参数的选择方法进行深入的探讨和研究。首先，通过对SPWM的基本原理分析和研究，利用傅里叶级数理论，建立SPWM逆变电源输出电压的数学模型。并通过仿真对建立的数学模型进行谐波分析，研究其输出电压各次谐波的分布规律，为抑制谐波提供了理论基础。其次，通过对特定消谐技术的原理进行分析，对利用特定消谐技术的逆变器输出电压建立数学模型，其数学模型实际是一组非线性超越方程。对利用牛顿迭代法求解开关角的方法进行了介绍，并利用其对非线性方程求解。再次，逆变电源有直流储能滤波环节，一般采用的是大容量的电容。其作用主要是缓冲电网侧与负载之间的能量交换，稳定母线电压，抑制负载突变造成直流母线电压大幅度的波动。但在工程设计中，对于电容值的选择缺乏明确的约束原则，并无明确的计算选择方法，不便于实际工程应用。直流母线电容的参数选择一直困扰着工程人员。为了减小谐波污染和进一步节能降耗，本文在对电压型逆变电源进行谐波分析的基础上，对其母线电容的选取方法进行了深入研究。最后，对逆变电源进行仿真，对其输出电压进行谐波频谱分析，验证了理论分析的正确性。并设计了基于TMS320F2812DSP控制的逆变电源实验电路，通过编程实现对逆变器的SHEPWM控制。通过对实验电路输出电压波形的检测分析，论证了运用牛顿迭代法求解开关角的特定消谐技术以及其优化方法的正确性，同时验证了直流母线电容选取原则的可行性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题的背景及意  10-12
    1.1.1 课题背景  10-11
    1.1.2 目的和意义  11-12
  1.2 国内外的发展状况  12-13
  1.3 主要研究内容  13-15
第二章 电压型逆变电源电路及谐波的研究分析  15-28
  2.1 逆变电源的基本结构  15-18
    2.1.1 逆变电源基本电路  15-16
    2.1.2 逆变电源的逆变电路  16-18
  2.2 整流部分输出电压分析  18
  2.3 逆变部分输出电压谐波分析  18-26
    2.3.1 单相逆变器的谐波分析  18-23
    2.3.2 三相逆变器的谐波分析  23-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章 特定消谐技术及母线电容的优化  28-47
  3.1 特定消谐数学模型  28-31
    3.1.1 单极性特定消谐数学模型  28-30
    3.1.2 双极性特定消谐数学模型  30-31
  3.2 非线性方程解法  31-36
    3.2.1 牛顿迭代法  31-33
    3.2.2 开关角初值的选取方法  33-34
    3.2.3 牛顿迭代法结果验证  34-36
  3.3 谐波消除技术主要优化策略  36-38
    3.3.1 省略开关角对  36-37
    3.3.2 谐波消除技术的优化仿真及分析  37-38
  3.4 直流母线电容参数优化选择方法  38-46
    3.4.1 电容纹波电流的计算  39-41
    3.4.2 电容容值的计算  41-43
    3.4.3 实际值计算仿真  43-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章 基于 TMS320F2812 的逆变电源实验电路设计  47-55
  4.1 逆变电源主电路  47
  4.2 逆变电源控制驱动电路  47-49
  4.3 过压、欠压保护电路  49
  4.4 芯片电源电路  49-50
  4.5 输出低通滤波电路设计  50-52
  4.6 逆变电源控制电路  52-55
    4.6.1 控制电路 CPU 简介  52
    4.6.2 SHEPWM 的 DSP 实现  52-53
    4.6.3 功率驱动保护  53-55
第五章 实验结果及其分析  55-60
  5.1 实验结果  55-60
    5.1.1 实验电路  55-56
    5.1.2 实验输出波形  56-60
第六章 结论  60-61
参考文献  61-63
在学研究成果  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器
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