学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

一种具有能量回馈功能的级联型高压变频器的仿真研究

作　者: 黄超
导　师: 刘连根
学　校: 湖南工业大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 级联型高压变频器能量回馈系统三相PWM整流器
分类号: TN773
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 143次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量的重要途径,已在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。但是,在对调速节能的一片赞誉中,人们往往忽视了进一步挖掘变频调速系统节能潜力和减少变频器对电网污染的问题。随着绿色能源技术的发展,变频器的能量回馈技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。具有能量回馈功能的变频器不仅可以实现能量的双向传输,把电机的再生能量通过变频器回馈到电网,进一步节约能源;同时,还可以控制变频器网侧的功率因素,实现单位功率因素,从而大大减少变频器对电网的谐波污染。目前,市场上的高压变频器主要采用多个功率单元级联的拓扑结构。文中以级联型高压变频器为基础,提出了一种可以实现能量回馈的改进方案。即采用成熟的三相PWM整流技术,用全控型开关器件IGBT取代不可控的二极管组成三相PWM整流器,与H桥逆变单元一起组成功率单元的整流和逆变环节。通过对功率单元的三相PWM整流器进行双闭环控制,即电压外环,电流内环,来实现级联型高压变频器的能量双向传输和单位功率因数。文中详细介绍了级联型高压变频器的基本工作原理及拓扑结构,然后针对本文提出的改进方案,对能量回馈系统进行了数学建模,并给出了双闭环控制中电流环和电压环的设计方法。最后,在MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统的仿真模型,对整个系统进行了仿真,仿真结果验证了改进方案的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-12
  1.1 通用变频器在应用中存在的问题  10
  1.2 国内外高压变频器能量回馈技术研究现状  10-11
  1.3 本论文研究的主要内容  11-12
第二章高压变频器的拓扑结构和工作原理  12-22
  2.1 高－低－高型变频器  12
  2.2 直接高压型变频器  12-19
    2.2.1 电流源型高压变频器  12-13
    2.2.2 电压源型高压变频器  13-19
      2.2.2.1 二极管箝位型  13-15
      2.2.2.2 飞跨电容逆变器  15-16
      2.2.2.3 单元级联型  16-19
  2.3 级联型高压变频器的主电路拓扑结构图  19-22
第三章级联型高压变频器的逆变单元  22-41
  3.1 H 桥逆变单元的工作原理  22-28
    3.1.1 单个H 桥逆变单元的工作原理  22-24
      3.1.1.1 三电平工作方式  23
      3.1.1.2 两电平工作方式  23-24
    3.1.2 多个H 桥逆变单元串联工作原理  24-28
      3.1.2.1 H 桥单元输出为三电平时串联H 桥输出电平的情况  25
      3.1.2.2 H 桥单元输出为两电平时串联H 桥输出电平的情况  25-28
  3.2 H 桥逆变单元的PWM 控制方法  28-41
    3.2.1 SPWM 技术的分类和特点  29-35
      3.2.1.1 SPWM 技术按采样方法分类  29-30
      3.2.1.2 SPWM 技术按照载波极性分类  30-32
      3.2.1.3 SPWM 技术按照功能分类  32-35
    3.2.2 三角载波移相SPWM 法的基本原理和分析  35-41
      3.2.2.1 三角载波移相SPWM 的单极性和双极性  35-37
      3.2.2.2 载波移相角与串联逆变单元个数的关系  37-39
      3.2.2.3 双载波的载波移相SPWM 调制方法的双重傅立叶级数分析  39-41
第四章级联型高压变频器的能量回馈系统  41-72
  4.1 能量回馈系统的拓扑结构  41-43
    4.1.1 半控器件型结构  41-42
    4.1.2 全控器件型结构  42-43
  4.2 基于IGBT 能量回馈系统的三相PWM 整流器  43-66
    4.2.1 三相PWM 整流器的数学建模  45-50
      4.2.1.1 在三相静止坐标系的数学模型  46-48
      4.2.1.2 在αβ静止坐标系的数学模型  48-50
      4.2.1.3 在dq 坐标下的数学模型  50
    4.2.2 三相PWM 整流器的控制方法  50-55
      4.2.2.1 间接电流控制  51-52
      4.2.2.2 直接电流控制  52-55
        4.2.2.2.1 基于ABC 坐标系的电流控制策略  52-53
        4.2.2.2.2 基于αβ坐标系的电流控制策略  53-54
        4.2.2.2.3 基于dq 坐标系的电流控制策略  54-55
      4.2.2.3 两种控制方法的比较  55
    4.2.3 电压电流双闭环控制结构的设计  55-59
      4.2.3.1 电流内环  55-58
      4.2.3.2 电压外环设计  58-59
    4.2.4 三相PWM 整流器的调制方式  59-66
      4.2.4.1 SVPWM 的基本原理  60-61
      4.2.4.2 电压空间矢量的合成  61-64
      4.2.4.3 SVPWM 的工程实现  64-66
  4.3 能量回馈系统主电路交流侧电感的参数设计  66-72
    4.3.1 基于额定功率电感设计  67-70
    4.3.2 基于输入电流脉动量的电感设计  70-72
第五章能量回馈型级联高压变频器的仿真与结果分析  72-87
  5.1 仿真平台的介绍  72-73
  5.2 H 桥逆变单元SPWM 脉冲生成模块的搭建  73
  5.3 能量回馈系统仿真模型的搭建  73-77
    5.3.1 SVPWM 脉冲生成模块的仿真模型  73-76
    5.3.2 电流和电压调节环的仿真模型  76
    5.3.3 能量回馈系统控制模块的仿真模型  76-77
  5.4 功率单元的仿真模型  77
  5.5 具有能量回馈功能的级联型高压变频器的仿真模型  77-79
  5.6 仿真与结果分析  79-86
    5.6.1 单个功率单元的仿真与结果分析  79-82
    5.6.2 具有能量回馈功能的级联高压变频器的仿真与结果分析  82-86
  5.7 仿真结论  86-87
第六章结论与展望  87-88
参考文献  88-90
附录攻读学位期间所发表的学术论文目录  90-91
致谢  91

一种具有能量回馈功能的级联型高压变频器的仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文