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间接式矩阵变换器的研制

作　者: 冀晓帆
导　师: 李正熙；梅杨
学　校: 北方工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 间接式矩阵变换器空间矢量换流策略
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

间接式矩阵变换器是一种新型的矩阵变换器拓扑结构,其具有高质量的输入、输出波形,高功率因数等特点,很适合用于驱动异步电机,实现高性能的交流调速。本文设计研制了一台基于IGBT的间接式矩阵变换器样机,对其各组成部分的功能进行了分析。本文详细分析了间接式矩阵变换器的控制策略,包括调制策略和换流方法。其中调制策略主要有两段式PWM策略和空间矢量调制(Space vector modulation, SVM)策略。换流方法有基于电流方向检测的多步换流和基于电压检测的多步换流。本文涉及的样机分别采用两段式PWM策略和SVM策略,换流方式采用基于电流检测的多步换流方法。本文对间接式矩阵变换器的两段式PWM策略和SVM策略分别进行了研究,应用Matlab/Simulink仿真软件对间接式矩阵变换器驱动异步电机进行了仿真,对得到的输入电流、输入电压、中间直流环节电流、中间直流环节电压、输出电流、异步电机转速仿真波形进行了分析。应用Maxplus II对间接式矩阵变换器的开关换流进行了仿真,得到了整流级双向开关多步换流与逆变级换流仿真波形并通过实验对其验证。本文详细介绍了间接式矩阵变换器的硬件结构,介绍了样机主电路,驱动保护电路,信号采样电路,控制电路的设计和实现。本文设计了一种适用于间接式矩阵变换器的IGBT驱动保护电路,该电路由驱动部分和保护部分组成,通过采用比较器对采集到的IGBT集-射极电压与设定好的电压信号相比较可以精确控制保护的阈值,大大提高了保护的精度。本文对样机的软件结构进行了分析,对CPLD程序与DSP程序分别进行了编写,对DSP的主程序与下溢中断子程序的结构分别作了讲解,完成了对CPLD的解码器、延迟器、开关序列器的实际功能。本文对研制的间接式矩阵变换器样机进行了实验研究,实验结果表明控制策略与换流方法可行,样机可正常工作。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 间接式矩阵变换器的研究意义  10-11
  1.3 矩阵变换器与间接式矩阵变换器的拓扑结构  11-13
    1.3.1 传统矩阵变换器到间接式矩阵变换器的演变  11-13
  1.4 国内外研究背景及存在的问题  13-15
  1.5 本文所做的主要工作  15-16
2 间接式矩阵变换器的调制策略  16-39
  2.1 引言  16
  2.2 间接式矩阵变换器PWM调制策略  16-27
    2.2.1 两段式PWM策略  17-23
    2.2.2 空间矢量调制策略  23-27
  2.3 间接式矩阵变换器仿真研究  27-30
  2.4 矩阵变换器的双向开关  30-34
    2.4.1 矩阵变换器的双向开关  30-31
    2.4.2 双向开关换流控制的原理  31
    2.4.3 矩阵式变换器的多步换流策略  31-34
    2.4.4 间接式矩阵变换器的多步换流  34
  2.5 间接式矩阵变换器双向开关多步换流仿真及实验  34-39
    2.5.1 间接式矩阵变换器整流级双向开关换流  34-37
    2.5.2 间接式矩阵变换器逆变级换流  37-39
3 间接式矩阵变换器的硬件研制  39-56
  3.1 引言  39
  3.2 间接式矩阵变换器样机系统结构  39-41
  3.3 主电路板的设计  41-45
    3.3.1 反串联IGBT开关构成的整流级电路  41-42
    3.3.2 IPM构成的逆变级电路  42-43
    3.3.3 箝位电路  43-44
    3.3.4 LC滤波器  44-45
  3.4 驱动保护电路板的设计  45-50
    3.4.1 驱动保护电路的设计  45-46
    3.4.2 驱动保护板的测试  46-50
  3.5 信号调理电路板的设计  50-53
  3.6 控制板的设计  53-56
4 间接式矩阵变换器的软件设计  56-63
  4.1 引言  56
  4.2 DSP程序设计  56-58
    4.2.1 主程序  56-57
    4.2.2 下溢中断程序  57-58
  4.3 CPLD程序设计  58-63
    4.3.1 解码器  59-60
    4.3.2 延迟器  60-62
    4.3.3 开关序列器  62-63
5 实验研究与结论  63-68
  5.1 样机的实验研究  63-67
    5.1.1 三相输入电压的扇区判断  63-64
    5.1.2 DSP发出的PWM脉宽信号  64
    5.1.3 CPLD发送到驱动保护电路的控制信号  64-65
    5.1.4 整流级输出的直流电压波形  65-67
  5.2 实验总结  67-68
6 结论  68-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

间接式矩阵变换器的研制

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