PWM整流器的控制方法研究与设计

论文摘要

整流器作为AC/DC的电能转换装置在工业生产中被广泛应用。传统的整流器主要有不可控整流器(二极管整流)、相控整流器(晶闸管整流),这两种整流器应用的时间较长,技术也相对较为成熟。但是,它们却存在谐波污染严重、功率因数低以及输出直流电压不稳定等一些问题,严重影响其电能转换的效率。为了克服传统整流器的缺点,PWM整流器应运而生。与传统的整流器相比,PWM整流器具有网侧电流正弦化、单位功率因数运行、能量双向流动以及电流响应快等优良性能。本文研究PWM整流器的原理及其拓扑结构,并推导出PWM整流器的数学模型。在此基础上,研究了电压型PWM整流器的控制方法,尤其是对直接电流控制技术和能量回馈控制技术进行了详细的研究。最后,采用MATLAB工具搭建仿真模型,对三相电压型PWM整流器进行了仿真研究。为了避免复杂的坐标变换,并解决负载参数不确定的问题,本文提出了电压型PWM整流器负载自适应方法。该控制方案主要是将控制理论的分析方法引入到PWM整流技术的研究中,通过分析系统的数学模型,设计出负载自适应控制方案。该控制方案能够在负载不确定时,自适应负载参数的变化,确保控制系统的鲁棒性,并且具有很高的控制精度。该控制方案是采用电流跟踪控制模式设计出控制结构,通过构造出三相电流动态基准,避免了复杂的坐标变换过程,使控制方案更加简单、实用。最后对设计的负载自适应控制方案进行了仿真研究,仿真结果验证了该控制方案的有效性和实用性。本文通过对电压型PWM整流器的理论研究与实际系统的设计,验证了电压型PWM整流器的单位功率因数特性和电流的动态响应快等特性。本文提出的负载自适应方法能够自适应负载参数的变化,并避免了复杂的坐标变换,控制方案简单,具有很好的应用价值和应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 PWM整流器概述
• 1.2 PWM整流器研究概况
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 PWM整流器的原理、拓扑结构及数学模型
• 2.1 PWM整流器原理
• 2.2 PWM整流器的拓扑结构
• 2.2.1 PWM整流器的分类
• 2.2.2 电压型PWM整流器的拓扑结构
• 2.2.3 电流型PWM整流器的拓扑结构
• 2.3 电压型PWM整流器的数学模型
• 2.3.1 三相静止坐标系ABC下的数学模型
• 2.3.2 两相静止坐标系αβ下的数学模型
• 2.3.3 两相旋转坐标系dq下的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 电压型PWM整流器的控制
• 3.1 直接电流控制
• 3.1.1 直接电流控制原理
• 3.1.2 直接电流控制方法
• 3.1.3 直接电流控制方案的设计
• 3.2 能量回馈控制
• 3.3 三相电压型PWM整流器的仿真
• 3.4 本章小结
• 第4章 PWM整流器负载自适应方法设计
• 4.1 PWM整流技术的控制目标
• 4.2 控制策略的设计方案
• 4.2.1 控制结构的设计
• d的设计'>4.2.2 三相电流动态基准波形幅值I_d的设计
• 4.2.3 负载自适应律的设计
• 4.3 负载自适应控制方案的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 负载自适应系统的仿真和具体实现
• 5.1 仿真研究
• 5.1.1 阻性负载条件下的仿真
• 5.1.2 发电特性负载条件下的仿真
• 5.2 PWM整流器实际系统的实现
• 5.2.1 功率变换电路
• 5.2.2 控制器
• 5.2.3 人机操控界面
• 5.3 PWM整流器性能测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所做的工作