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双向电压源逆变技术的研究

作　者: 陈青青
导　师: 国海峰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 逆变器 单极性移相控制 dsPIC30F2020 极点配置 周波变换器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着科技的发展,一些关键部门和特殊领域对电源的小型化和数字化的要求越来越高,高性能电源研究越来越受到关注。数字技术大大简化了复杂的硬件电路,克服了模拟电路存在的诸多问题,使控制和调试更加灵活方便。电源数字化是现代电源的主要发展方向。逆变电源是光伏发电系统、风力发电、燃料电池发电系统以及不间断电源的技术核心,因此如何实现逆变电源的数字化对于更好的开发和利用新能源有着举足轻重的作用。双向电压源逆变器适用于需要能量双向传输的场合。本文提出了一种基于dsPIC单片机的双向电压源逆变器的实现方案,并制作了一台试验样机。本文对双向电压源逆变器的六种拓扑结构进行了分析,并以全桥全波式电路结构为例,详细介绍了单极性移相控制策略下逆变器的工作原理。该逆变器结构包括高频逆变器、高频变压器和周波变换器三部分。高频逆变器功率开关管实现了零电压转换,周波变换器功率开关管实现了自然换流,解决了电压过冲问题使开关损耗大大减少,逆变器的效率得到了提高。文中采用状态空间法建立了逆变器的数学模型,在此基础上运用极点配置方法对PID参数进行整定,建立了输出电压闭环反馈模型。用极点配置方法设计的逆变器系统动态响应快且稳态性能良好,波形畸变率很低。以MATLAB/Simulink为平台对双向电压源逆变器的主电路和控制电路进行设计和仿真,初步确定了逆变器的滤波参数和控制参数。以dsPIC为主控芯片设计了一台原理试验样机,仿真及试验结果均表明了逆变器拓扑结构和控制策略的可行性和正确性。逆变器的能量实现了双向传输,周波变换器开关管实现了零电压工作。逆变器输出电压波形光滑且正负半周波形对称性和稳定性好,变压器噪声小。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10
  1.2 低频链逆变器  10-11
  1.3 高频链逆变器  11-14
    1.3.1 单向电压源高频链逆变器  12-13
    1.3.2 双向电压源高频链逆变器  13-14
  1.4 逆变技术的研究现状  14-16
  1.5 课题研究的主要内容  16-17
第2章 双向电压源高频链逆变器的结构和原理  17-25
  2.1 双向电压源高频链逆变器的拓扑结构  17-18
  2.2 双向电压源高频链逆变器的控制策略与原理  18-24
    2.2.1 单极性移相控制策略  18-21
    2.2.2 逆变器的工作模态  21-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 双向电压源高频链逆变器的PID控制器设计  25-34
  3.1 逆变器状态空间模型的建立  25-27
  3.2 基于极点配置的PID控制器设计  27-29
    3.2.1 闭环零极点的分布与系统性能指标间的关系  27-28
    3.2.2 极点配置的PID控制器设计  28-29
  3.3 基于dsPIC的控制电路介绍  29-33
    3.3.1 SPWM的规则采样法  30
    3.3.2 dsPIC30F2020 芯片概述  30-32
    3.3.3 应用dsPIC30F2020 产生移相控制的SPWM  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 双向电压源高频链逆变器的仿真设计与分析  34-44
  4.1 双向电压源逆变器开环模型的Simulink仿真  34-40
    4.1.1 双向电压源高频链逆变器的开环仿真模型  35-38
    4.1.2 双向电压源高频链逆变器的开环仿真结果及分析  38-40
  4.2 双向电压源逆变器的闭环仿真设计与分析  40-43
    4.2.1 电压反馈环的设计  41-42
    4.2.2 双向电压源高频链逆变器的闭环仿真结果及分析  42-43
  4.3 本章小结  43-44
第5章 双向电压源高频链逆变器的硬件设计  44-59
  5.1 主电路设计  44-49
    5.1.1 功率开关器件的选取  44-45
    5.1.2 高频逆变器的设计  45-48
    5.1.3 输出滤波电路的设计  48-49
  5.2 驱动电路的设计  49-51
    5.2.1 全桥逆变器的驱动  49-50
    5.2.2 周波变换器的驱动  50-51
  5.3 调理电路  51-55
    5.3.1 电压检测调理电路  51-53
    5.3.2 电流检测调理电路  53
    5.3.3 dsPIC控制电路  53-55
  5.4 实验结果及分析  55-58
    5.4.1 dsPIC控制信号波形及分析  56-57
    5.4.2 主电路试验波形及分析  57-58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  65-67
致谢  67

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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 > 逆变器
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