高速电机功率转换系统滤波技术的研究

论文摘要

本课题是国家自然科学基会重点资助项目“微型燃气轮机—高速发电机分布式发电与能量转换系统研究”（50437010）的部分研究内容。高速电机的体积小、功率密度大和效率高,正在成为电机领域的研究热点之一。高速电动机需要采用高频逆变器供电,而高速发电机输出的是高频交流电,需要通过电力电子功率变换装置,变为用户所需要的恒频恒压交流电。由于高速电机的高频供电,电机的损耗密度较大,而散热又比较困难,解决高速电机的散热是高速电机设计的关键性问题之一。针对功率转换系统中高次谐波电流是高速电机发热的主要原因之一,因此如何抑制高速电机功率转换系统电流谐波是本课题研究的主要内容。首先,通过对移相变压器的移相原理作了较为全面的综述,在此基础上提出了采用移相电抗器取代移相变压器实现多相整流消除网侧谐波电流的控制方法,通过选择不同的移相角度,可以消除特定次数的谐波电流。重点论述了移相电抗器的谐波抑制原理。对最佳移相角的选取、移相电抗器结构及移相绕组连接方式的设计进行了分析。推导了移相电抗器在多相整流电路中的数学模型与参数计算方法。对具有移相电抗器的六相整流、十二相整流系统进行了仿真和实验,证明了移相电抗器具有较好的谐波抑制效果。其次,研究了一种高频变频器滤波参数设计方法,分析了变频器调制方式的谐波特性和RLC滤波器的频率特性,研究了滤波器参数的工程设计原则。通过仿真和实验分析证明了其方法的可行性。最后,分析电压型并联有源电力滤波器的工作原理,利用ip-iq谐波检测法,采用双闭环控制策略,来实现有源电力滤波器在高频下消除谐波的功能。基于SIMULINK构建了有源电力滤波器的仿真模型,对控制方案进行仿真验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 谐波污染的产生与危害
• 1.3 电源谐波对电机性能的影响
• 1.4 多相非线性整流概述
• 1.5 有源电力滤波器发展概况
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 移相电抗器的基本理论
• 2.1 移相变压器在谐波抑制中的应用
• 2.1.1 移相变压器运行原理
• 2.2 移相电抗器的工作原理
• 2.2.1 移相电抗器的谐波抑制原理
• 2.2.2 移相电抗器绕组连接方式
• 2.2.3 移相电抗器结构
• 2.3 移相电抗器与移相变压器的共同点
• 2.4 移相电抗器与移相变压器的不同点
• 2.5 移相电抗器的应用
• 2.6 本章小结
• 第三章 移相电抗器仿真与实验研究
• 3.1 概述
• 3.2 移相电抗器移相绕组电压关系
• 3.3 移相电抗器移相角的确定
• 3.4 六相整流移相电抗器的数学模型
• 3.5 十二相移相电抗器数学模型
• 3.5.1 十二相移相电抗器移相角度的确定
• 3.5.2 具有移相电抗器的十二相整流系统数学模型的建立
• 3.6 具有移相电抗器的多相整流系统
• 3.6.1 特定谐波消除系统数字仿真研究
• 3.6.2 具有移相电抗器的十二相整流系统仿真研究
• 3.7 实验验证
• 3.8 本章小结
• 第四章 变频器输出滤波器设计
• 4.1 SPWM调制方式的谐波特性
• 4.2 LC低通滤波器在高频逆变器中的应用
• 4.2.1 LC滤波器的分析
• 4.2.2 LC滤波器参数设计
• 4.2.3 设计实例
• 4.3 RLC二阶低通滤波器在高频变频器中的应用
• 4.3.1 滤波器元件参数选择的原则
• 4.3.2 仿真研究
• 4.4 变频器输出端滤波器系统实验研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 有源电力滤波器
• 5.1 PWM变流器的电路拓扑结构
• 5.2 PWM控制技术概述
• 5.3 有源电力滤波器抑制谐波的原理
• 5.4 基于瞬时无功理论的谐波电流检测新方法
• 5.5 有源电力滤波器的控制方法
• 5.6 有源电力滤波器仿真结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 全文总结
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢