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基于功率因数校正与软开关的变频器优化设计

作　者: 尹航
导　师: 陈雪波; 吴海鹰
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 功率因数校正软开关 SVPWM DSP
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 39次
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内容摘要

用于交流电机调频的变频器，在飞速发展的电力电子技术有力支持下不断获得新的发展。在大范围推广过程中，传统变频器在整流过程中对电网产生了严重的谐波干扰，成为电网公害。另一方面，为了实现变频器的轻量化，降低成本，使用的开关器件载波频率不断提高，带来了更为严重的开关损耗。不仅仅是电源效率的降低，散热方面会增加一系列问题，还存在EMI等其它问题，这一切制约了变频器的进一步发展。本文设计目标在于针对SVC水冷采用的水泵电机，设计一款通用变频器，增强其适用范围。对广泛应用的传统交-直-交变频器，进行了优化设计。在整流侧加入了功率因素校正环节。在尽可能降低成本的前提下，大幅降低了变频器对电网的注入谐波。综合比较了各种常见有源功率因数校正电路后，选用了三相两开关电路。简化了电路拓扑，并一定程度上降低了控制电路的设计难度。采用电压内环、电流外环的双闭环PI控制，提高了系统的稳定性。在三相逆变桥前端直流环节加入软开关电路，降低了开关损耗。逆变环节使用SVPWM控制策略与软开关电路辅助开关动作相配合，在提高能效的同时保证了调速性能。以上电路选用DSP芯片28335作为核心控制器，简化了电路结构，同时为系统控制带来了极大的灵活性，为日后系统的改进带来了极大的便利。本文在广泛使用的交-直-交变频器基础上进行改进，通过仿真与实验证明了所增加的功率因数校正与软开关校正环节带来的性能提升，减小了变频器对电网的谐波注入及自身的开关损耗，具有一定实用价值。该方法为变频器的进一步推广与轻量化发展提供了一种新的方法。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1. 绪论  9-15
  1.1 变频器发展动态  9
  1.2 交流变频控制策略发展动态  9-10
  1.3 功率因数校正电路与软开关电路的发展动态  10-11
    1.3.1 功率因数校正电路的发展动态  10-11
    1.3.2 软开关电路的发展动态  11
  1.4 本文的研究意义与主要工作  11-15
    1.4.1 研究意义  11-13
    1.4.2 本文的主要工作  13-15
2. 系统总体方案选择  15-35
  2.1 系统总体架构  15
  2.2 功率因数校正电路的常见电路拓扑对比  15-20
    2.2.1 功率因数及其校正的来源与要求  15-17
    2.2.2 三相功率因数校正技术的电路拓扑  17-19
    2.2.3 三相功率因数校正电路的拓扑选择  19-20
  2.3 逆变电路软开关的对比与选型  20-27
    2.3.1 软开关的来源与实现  20-22
    2.3.2 基于软开关的逆变器设计  22-26
    2.3.3 软开关逆变电路的选择  26-27
  2.4 异步电机矢量控制分析  27-32
    2.4.1 空间矢量的定义  27-29
    2.4.2 克拉克变换与派克变换  29
    2.4.3 三相感应电机 dq 轴系数学建模  29-31
    2.4.4 矢量变频的坐标系变换  31-32
  2.5 本章总结  32-35
3. 变频器主电路设计与优化  35-51
  3.1 变频器主电路拓扑  35
  3.2 功率因数校正环节的研究与设计  35-43
    3.2.1 三相两开关 PFC 电路结构与控制  35-39
    3.2.2 PFC 电路控制电路结构与控制策略  39-41
    3.2.3 PFC 电路设计指标及元器件选型计算  41-43
  3.3 PWM 软开关电路设计  43-49
    3.3.1 PWM 软开关工作原理  43-46
    3.3.2 软开关电路的控制策略  46-48
    3.3.3 软开关电路元件选型  48-49
  3.4 本章总结  49-51
4. 系统控制电路设计  51-57
  4.1 控制电路结构  51-52
  4.2 IGBT 驱动电路设计  52-53
  4.3 直流侧电压采集  53-54
  4.4 滤波输入电路  54
  4.5 基于 DSP 的 SVPWM 程序设计  54-56
  4.6 本章总结  56-57
5. 系统仿真设计与实验  57-67
  5.1 PFC 环节建模及仿真  57-60
    5.1.1 PFC 仿真建模  57-58
    5.1.2 FPC 电路仿真结果  58-60
  5.2 软开关逆变模块仿真建模与结果  60-64
    5.2.1 软开关逆变模块仿真建模  61
    5.2.2 软开关逆变模块仿真结果  61-64
  5.3 变频器实验结果  64-65
  5.4 本章总结  65-67
6. 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-69
参考文献  69-71
致谢  71-72

基于功率因数校正与软开关的变频器优化设计

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