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三电平逆变器关键技术及实验研究

作　者: 江涛
导　师: 张崇巍；张兴
学　校: 合肥工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 中点箝位式三电平变换器空间矢量脉宽调制中点电位平衡共模电压
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 471次
引　用: 1次
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内容摘要

中点箝位式三电平逆变器一直是当前中高压大容量电能变换领域中的研究热点之一,它通过对直流侧的分压和开关状态的不同组合,实现多电平阶梯波输出电压,能有效地提高逆变器系统容量和耐压水平、减小输出电压谐波和开关损耗。三电平变换器开关器件和控制目标众多,控制复杂,所以采用空间矢PWM(SVPWM)的方法。论文首先介绍了有关三电平逆变器的相关理论、二极管箝位型(NPC)三电平逆变器的工作原理以及传统三电平SVPWM控制算法,另外在基于参考电压分解的SVPWM简化算法基础上提出了一种改进的PWM调制方法。重点研究了中点电位平衡的控制及共模电压抑制问题。中点电位的不平衡是三电平变换器的一个固有问题。论文从矢量和中点电流的影响角度深入分析了中点电位平衡控制的规律,采用的适于SVPWM简化算法的基于平衡因子的中点电位平衡控制方法,通过调整平衡控制因子即可精确控制中点电位平衡。研究了电压源型PWM变频器产生的共模电压及其负面效应的本质,揭示了三电平逆变器共模电压产生的原因及其抑制方法。论文还介绍了用于三电平SVPWM控制实现的矢量发生器概念,比较了两种三电平的矢量发生方案。在理论分析的基础上对简化SVPWM的算法及改进的PWM调制方法、中点电位平衡控制策略和共模电压抑制利用Matlab/Simulink进行仿真分析。结果证明了设计的改进PWM调制方法的可行性。中点电压的控制效果和共模电压抑制效果也很明显,满足设计要求。在理论分析和仿真验证之后,课题搭建了一套基于TMS320LF2812为控制核心的10KW三电平逆变器实验平台,将理论应用于实践。对三电平SVPWM简化算法及改进PWM调制方法、中点电位平衡控制策略和共模电压抑制策略进行实验验证,实验结果验证了整体算法和控制策略的可行性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
第一章绪论  14-19
  1.1 多电平逆变器研究背景  14
  1.2 三电平逆变器拓扑结构  14-17
  1.3 多电平逆变器的控制策略  17-18
  1.4 本文的主要研究内容  18-19
第二章三电平逆变器 SPWM 控制  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 三电平逆变器基本工作原理  19-24
    2.2.1 三电平逆变器稳态工作状态  20-22
    2.2.2 三电平逆变器动态换相工作过程  22-24
  2.3 三电平逆变器的控制要求  24
  2.4 三电平逆变器SPWM控制  24-28
    2.4.1 反相载波控制  25
    2.4.2 同相载波控制  25-26
    2.4.3 改进载波控制  26-28
第三章三电平逆变器空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）  28-44
  3.1 两电平SVPWM 基本原理  28-32
  3.2 三电平逆变器SVPWM 算法研究  32-37
    3.2.1 三电平 SVPWM 原理  32-35
    3.2.2 三电平 SVPWM 合成算法  35-37
  3.3 改进三电平SVPWM 简化算法  37-44
第四章三电平逆变器中点电位平衡问题研究  44-53
  4.1 引言  44
  4.2 影响三电平逆变器中点电位平衡的原因  44-47
    4.2.1 从电路结构和工作原理分析  44-46
    4.2.2 从中点电流影响分析  46-47
  4.3 中点电位平衡控制策略  47-49
  4.4 平衡控制方法的仿真分析  49-53
第五章共模电压分析与抑制  53-62
  5.1 共模电压的产生  53-54
  5.2 三电平逆变器输出共模电压分析  54-57
  5.3 共模电压抑制  57-62
    5.3.1 滤波器抑制共模电压分析  57-58
    5.3.2 调制策略对共模电压抑制作用分析  58-62
第六章基于 DSP+CPLD 的三电平矢量发生  62-66
  6.1 基于DSP 的三电平矢量发生  62-63
    6.1.1 硬件构成  62-63
    6.1.2 软件流程  63
  6.2 基于 DSP+CPLD 的矢量发生  63-66
    6.2.1 硬件构成  63-64
    6.2.2 软件设计  64-66
第七章三电平逆变器实验系统设计  66-74
  7.1 系统构成  66
  7.2 主电路设计  66-68
    7.2.1 整流二极管的选取  67
    7.2.2 滤波电容的选取  67
    7.2.3 箝位二极管的选取  67-68
    7.2.4 功率开关管IGBT 的选取  68
  7.3 驱动电路  68
  7.4 控制电路设计  68-71
    7.4.1 采样电路  68-69
    7.4.2 保护电路  69-71
  7.5 控制系统软件设计  71-74
    7.5.1 系统主程序  71
    7.5.2 系统中断程序  71-74
第八章实验结果与分析  74-78
  8.1 实验介绍  74
  8.2 弱电下功能验证实验波形  74-75
  8.3 主电路强电实验波形  75-76
  8.4 中点电位平衡控制分析  76
  8.5 共模电压控制分析  76-77
  8.6 并网实验波形  77-78
第九章总结  78-80
  9.1 总结  78
  9.2 展望  78-80
参考文献  80-83
硕士期间发表论文  83-84

三电平逆变器关键技术及实验研究

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