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数字化三相功率因数校正控制技术研究

作　者: 盛家进
导　师: 刘云清
学　校: 长春理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 三相PFC 前馈解耦 PI控制器 TMS320F2812 SVPWM调制
分类号: TM761
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着电力电子技术的高速发展,传统整流设备及交流电动机等非线性用电设备被大量并入电网。这些非线性用电设备使得电网电压与电流相位不同步,并造成大量谐波干扰涌入电网,对电网造成污染。在能源紧缺的今天,提高用电设备功率因数,减少无功损耗,对建设节约型社会有着积极的影响。当前,对于单相PFC技术研究已日趋完善,本课题主要针对三相PFC系统数字化控制实现进行研究,采用理论建模仿真与设计样机实际测试对比的方法进行。在本文中,首先详细论述了功率因数校正的原理、实现方法与意义。在此基础上,着重对三相六开关boost型PFC主电路原理及电流流动模式进行了详细分析,建立其基于开关函数的数学模型,并实现其在不同坐标系下的转换。其次,对系统数字化控制策略进行分析,完成系统参数变量的前馈解耦,并设计了双闭环PI控制器。同时,对SVPWM调制算法进行了改进,并给出基于该算法下空间矢量在不同扇区内的PWM调制序列。在SABER仿真软件下,对三相PFC主电路、控制系统各子模块进行了数学建模,并组合各模块在模拟负载下进行仿真,对系统的理论分析加以验证。最后,以理论分析为依据,设计了一套以TMS320F2812为主控单元,220V三相交流输入、600V直流输出、容量为10kVA的具有功率因数校正功能的AC/DC样机。并对样机系统主电路关键器件参数进行详细计算及选型,给出系统主要硬件电路及软件算法设计方法。在此基础上,对样机进行了负载测试,进一步验证系统理论分析设计的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题的研究背景与意义  8-9
  1.2 功率因数与谐波的关系  9-10
  1.3 抑制谐波与提高功率因数的方法  10-11
  1.4 数字化控制技术简介  11-12
  1.5 功率因数校正技术发展状况  12-14
  1.6 本课题的主要研究内容  14-15
第2章三相PFC系统原理与建模  15-28
  2.1 功率因数校正综述  15-16
  2.2 三相PFC系统主电路选取与原理  16-20
    2.2.1 三相PFC主电路拓扑选取  16-17
    2.2.2 三相PFC主电路工作原理  17-20
  2.3 三相PFC主电路的数学模型  20-27
    2.3.1 三相静止(abc)坐标系下的数学模型  21-22
    2.3.2 两相静止(DQ)坐标系下的数学模型  22-24
    2.3.3 两相同步旋转(dq)坐标系下的数学模型  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章三相PFC控制策略分析与设计  28-44
  3.1 三相PFC控制结构及主电路参数设计  28-32
  3.2 基于电流前馈解耦的双闭环控制器设计  32-36
    3.2.1 电流内环PI控制系统设计  32-35
    3.2.2 电压外环PI控制系统设计  35-36
  3.3 改进的SVPWM调制技术  36-42
    3.3.1 三相PFC系统电压空间矢量的分布  37-39
    3.3.2 电压空间矢量的合成方法  39-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章基于改进的SVPWM算法的系统建模分析  44-56
  4.1 仿真软件SABER简介  44-45
  4.2 系统仿真模型的建立  45-51
  4.3 系统仿真波形及分析  51-55
    4.3.1 稳态运行时系统仿真分析  52-53
    4.3.2 负载突加时系统仿真分析  53-54
    4.3.3 负载突减时系统仿真分析  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章三相PFC系统设计与实现  56-71
  5.1 引言  56
  5.2 三相PFC系统硬件电路设计  56-60
    5.2.1 功率模块选取及隔离电路设计  56-58
    5.2.2 信号检测与调理电路设计  58-59
    5.2.3 同步过零检测电路设计  59
    5.2.4 辅助电源电路设计  59-60
  5.3 三相PFC系统软件设计  60-67
    5.3.1 系统软件设计算法流程  60-64
    5.3.2 SVPWM算法的DSP数字化实现  64-66
    5.3.3 系统软件设计中注意的问题  66-67
  5.4 实验结果验证分析  67-69
  5.5 本章小结  69-71
第6章总结与展望  71-73
  6.1 本人已完成的主要工作  71
  6.2 后续研究工作展望  71-73
参考文献  73-75
致谢  75

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