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大功率三电平变频调速前级AC－DC变换技术

作　者: 马彦林
导　师: 何礼高
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 功率因数多脉波整流自耦移相变压器平衡电抗器主动前端三电平PWM整流空间矢量调制中点电位
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

绿色、节能、和高效是当今科技发展的主旋律,在交流调速领域,变频调速技术以效率高、调速性能优越,并且节能环保得到了广泛的应用。变频调速技术中减小设备注入电网的谐波电流是个需要解决的技术问题,尤其对于大功率变频调速领域,如何减少设备运行对电网造成的谐波污染是当前急需攻克和研究的热点问题。减小输入谐波电流较简单的方法,就是采用多脉波整流,且脉波数越高,输入电流谐波含量就越少,但成本、体积和重量也就随之增加。本文的研究背景是500KW大功率三电平高压变频器,工程样机前级拟采用自耦式12脉波整流技术,因此本文就此展开了针对自耦式12脉波整流技术的理论研究,主要包括:输入电流、输出电压特性分析,直流储能及滤波电容对输入、输出性能的影响,平衡电抗器临界参数的确定等研究,在试制3KW实验样机的基础上进行了实验验证,并完成了500KW大功率三电平高压变频器工程样机的前级自耦式12脉波整流系统设计。由于PWM整流技术与多脉波整流技术相比,输入功率因数更高,谐波污染更小,同时可以实现变频器四象限运行,因此PWM整流技术已成为大功率变频器前级整流今后的发展方向。本文对二极管中点钳位型三电平PWM整流器重点开展以下几个方面研究。首先对三电平PWM整流器数学模型进行了推导,从数学模型推导出了三电平PWM整流器直接电流控制策略;研究了一种三电平电压空间矢量调制策略,得出了参考电压矢量位于不同扇区时的开关矢量作用时间和顺序。深入分析了三电平PWM整流器中点电位失衡的问题,研究了一种基于模糊自适应的中点电位平衡控制策略,并建立了Matlab仿真模型,从仿真的结果来看,中点电位得到了较好的控制。结合理论推导和仿真,分析了三电平PWM整流器启动电流大的原因,提出了相应的解决措施。在此基础上,完成了试验控制程序的编写,并搭建了三电平PWM整流实验电路,进行了相关整流实验。从实验结果看,输入电流谐波含量少,输入功率因数高,启动电流小,中点电位也能控制在较小的偏差之内。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章绪论  14-22
  1.1 课题研究的背景和意义  14-17
    1.1.1 谐波污染的产生与危害  14-15
    1.1.2 谐波抑制的措施  15-17
  1.2 高压变频器前级整流技术研究现状  17-21
    1.2.1 多脉波整流技术的研究现状  18
    1.2.2 PWM 整流技术研究现状  18-19
    1.2.3 三电平PWM 整流器拓扑结构  19-21
  1.3 课题研究的主要工作和内容  21-22
第二章 12 脉冲自耦变压整流技术分析  22-41
  2.1 引言  22
  2.2 自耦移相变压器的移相原理  22-23
  2.3 自耦式12 脉波整流电路  23-29
    2.3.1 电路模型  23-24
    2.3.2 输出电压分析  24-29
  2.4 输入电流计算及谐波分析  29-33
  2.5 平衡电抗器工作原理分析  33-37
    2.5.1 平衡电抗器输入端电压  33-34
    2.5.2 平衡电抗器输入电流  34-36
    2.5.3 平衡电抗器临界参数选取  36-37
  2.6 仿真和实验  37-40
  2.7 本章小结  40-41
第三章 12 脉波自耦变压整流器的设计  41-49
  3.1 主电路设计  41-47
    3.1.1 自耦移相变压器的设计  41-45
    3.1.2 平衡电抗器的设计  45-47
    3.1.3 整流二极管的选取  47
  3.2 实验结果  47-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章三电平PWM 整流器数学模型及控制策略  49-55
  4.1 引言  49
  4.2 三电平PWM 整流器一般数学模型  49-51
  4.3 三电平PWM 整流器dq 坐标系数学模型  51-53
  4.4 PWM 整流器直接电流控制策略  53-54
  4.5 小结  54-55
第五章三电平PWM 整流器空间矢量脉宽调制算法  55-61
  5.1 三电平PWM 整流器开关状态分析  55-56
  5.2 三电平PWM 整流器SVPWM 算法实现  56-60
    5.2.1 参考矢量所在扇区判断  56-57
    5.2.2 矢量作用时间计算  57-58
    5.2.3 空间电压矢量作用顺序  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章三电平PWM 整流器中点平衡控制研究  61-71
  6.1 三电平PWM 整流器中点电位失衡原因分析  61-62
  6.2 中点电位平衡控制策略  62-64
  6.3 基于模糊自适应的平衡控制因子实现方法  64-70
    6.3.1 输入、输出量论域隶属度函数及模糊分布  65-66
    6.3.2 模糊控制规则  66-67
    6.3.3 模糊推理  67-68
    6.3.4 模糊量的清晰化  68-69
    6.3.5 量化因子模糊自校正控制规则  69-70
  6.4 小结  70-71
第七章三电平PWM 整流器仿真研究  71-76
  7.1 主电路仿真结构  71-72
  7.2 直接电流控制模块  72
  7.3 SVPWM 模块  72-73
  7.4 中点电位平衡控制模块  73
  7.5 仿真结果  73-76
第八章三电平PWM 整流器实验研究  76-83
  8.1 实验电路构成  76-77
    8.1.1 F28335 系列DSP 介绍  76
    8.1.2 电路结构  76-77
  8.2 控制系统的软件实现  77-79
    8.2.1 程序流程图  77-79
  8.3 实验结果  79-82
  8.4 小结  82-83
总结与展望  83-85
参考文献  85-89
致谢  89-90
在学期间的研究成果  90-91
附录  91

大功率三电平变频调速前级AC－DC变换技术

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