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单、三相逆变器SVPWM的新方案研究

作　者: 高摇光
导　师: 刘锦波
学　校: 山东大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: SVPWM 3DSVPWM 两相三桥臂逆变器 两相四桥臂逆变器 三相四桥臂逆变器 中点嵌位三电平逆变器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要


逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的电力电子装置。空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,以下简称SVPWM),由于其具有开关频率低、直流侧电压利用率高等优点,在逆变器控制中应用越来越广泛。本文对SVPWM在逆变器中的应用方案进行了研究。在简要介绍了传统的三相逆变器SVPWM控制方案的基础上,重点讨论了SVPWM在单相电机供电逆变器、三相四桥臂逆变器和三电平逆变器中的实现方案。针对单相电机供电的两相逆变器,本文提出了SVPWM在两相三桥臂逆变器和两相四桥臂逆变器中的实现方案。旨在确保单相电机获得圆形旋转磁场的同时,省去用于电流分相用的起动和运行电容器。为了验证方案的有效性,本论文借助于MATLAB/SIMULINK仿真手段,对上述两种类型的逆变器进行了仿真研究,并对这两种调制方案的优缺点进行了比较。在此基础上,利用美国TI公司生产的TMS320LF2407A DSP作为系统控制器,设计制作了样机。样机的实验结果表明：所提方案可以达到预期目的,并可广泛应用于单相电机的变频调速系统中。对于给三相电机供电的三相逆变器,重点研究了针对三相不平衡负载所采用的三相四桥臂逆变器拓扑结构中的SVPWM方案的实现问题。与其它三相四线制逆变器相比,三相四桥臂逆变器拓扑结构可以确保在三相负载不平衡时输出对称三相输出电压。本文详细讨论了用于该类型拓扑结构的三维空间矢量脉宽调制(Three Dimensional Space-Vector-Pulse-Widith-Modulation,3DSVPWM)方案,推导了3DSVPWM的具体实现办法,并运用MATLAB/SIMULINK仿真软件对3DSVPWM调制方案进行了仿真研究。为了进一步证明方案的可行性,本论文还采用美国TI公司生产的TMS320F2812 DSP作为系统控制器制作了样机,编写了3DSVPWM方案的C语言程序,取得了和仿真波形一致的实验结果。关于中点嵌位三电平逆变器,其主要优点是：对功率器件耐压要求低,输出电压谐波含量小,因而在高电压大功率领域得到广泛应用。本文在分析了中点嵌位三电平逆变器工作原理的基础上,讨论了其SVPWM的实现方案,给出了相应的计算公式与开关动作顺序,并通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了所提方案的有效性。

全文目录


摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 课题背景及意义  14-16
  1.2 各类型脉冲宽度调制技术简介  16-18
    1.2.1 SPWM  17-18
    1.2.2 SVPWM  18
  1.3 研究现状  18-20
    1.3.1 单相电机供电逆变器的PWM实现方案  18-19
    1.3.2 三相逆变器的PWM实现方案  19-20
  1.4 主要研究内容  20
  1.5 章节安排  20-21
  1.6 本章小结  21-22
第二章 典型三相SVPWM方案  22-30
  2.1 基本定子电压矢量  22-25
  2.2 基本电压矢量作用时间计算  25-27
  2.3 扇区判断  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 单相电机供电逆变器的拓扑结构及其SVPWM方案研究  30-55
  3.1 单相电机供电逆变器的拓扑结构  30-32
  3.2 逆变器SVPWM控制方案  32-41
    3.2.1 两相三桥臂逆变器的SVPWM的实现步骤  32-37
    3.2.2 两相四桥臂逆变器的SVPWM的实现步骤  37-41
  3.3 仿真实现  41-46
    3.3.1 两相三桥臂逆变器SVPWM方案的仿真实现  41-43
    3.3.2 两相四桥臂逆变器SVPWM方案的仿真实现  43-46
  3.4 实验验证  46-53
    3.4.1 两相三桥臂逆变器SVPWM方案的实验验证  46-50
    3.4.2 两相四桥臂逆变器SVPWM方案的实验验证  50-53
  3.5 实验结果分析  53-54
  3.6 本章小结  54-55
第四章 三相四桥臂逆变器3DSVPWM方案研究  55-76
  4.1 具有带不平衡负载能力的三相逆变器的拓扑结构  55-57
  4.2 三相四桥臂逆变器三维空间矢量脉宽调制(3DSVPWM)方案  57-68
    4.2.1 基本电压矢量  57-61
    4.2.2 基本电压矢量的确定  61-66
    4.2.3 计算矢量合成时间  66-67
    4.2.4 电压矢量的作用顺序  67-68
  4.3 仿真实现  68-70
    4.3.1 仿真实现过程  68-70
    4.3.2 仿真结果  70
  4.4 实验验证  70-75
    4.4.1 硬件电路设计  71-72
    4.4.2 软件设计  72-73
    4.4.3 实验波形  73-75
  4.5 实验结果分析  75
  4.6 本章小结  75-76
第五章 中高压三相供电逆变器SVPWM方案研究  76-91
  5.1 逆变器的拓扑结构  77-78
  5.2 逆变器的工作原理  78-80
  5.3 三电平SVPWM原理  80-87
    5.3.1 基本电压矢量分布  80-82
    5.3.2 三电平SVPWM控制方案  82-87
  5.4 仿真实现  87-90
    5.4.1 仿真实现过程  87-89
    5.4.2 仿真结果  89-90
  5.5 仿真结果分析  90
  5.6 本章小结  90-91
第六章 全文总结  91-93
  6.1 论文工作总结  91
  6.2 需要进一步研究的问题  91-93
附录  93-96
参考文献  96-101
致谢  101-102
学位论文评阅及答辩情况表  102

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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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