双PWM变频技术研究

论文摘要

随着电力电子器件的发展和各种电机控制理论的不断完善,电机控制性能得到了大幅提高。目前应用得最多的还是结构简单和控制相对简单的通用型变频器,由于通用型变频器采用不可控二极管整流,存在输入电流谐波数大、能量利用率低、不能四象限运行等缺点。为了克服这些缺点,本文利用PWM整流技术,用可控的IGBT取代不可控二极管整流。采用这种拓扑结构的变频器,实现了高功率因数、低谐波污染、能量可以双向流动等,而且系统可得到良好的静、动态性能和可靠性。首先,本文分别介绍了电流源型和电压源型双PWM变频器主要的几种拓扑结构,分析了各种拓扑结构的优缺点。其次,双PWM变频器包括PWM整流和PWM逆变两部分,其中最重要的部分是PWM整流,也是本文的研究重点。文中介绍了PWM整流器的工作原理,详细推导了PWM整流器在两相旋转坐标系下的数学模型,分析了三相电压型整流器的控制策略,设计了电压外环和电流内环的双闭环结构的控制系统,并且介绍了基于开关模式的空间矢量脉宽调制(SVPWM).同时给出了电压型PWM整流器主电路电感值和电容值的设计方法。再次,分析了在异步电动机控制中的死区效应,提出了基于功率因数角的电流方向判断原理,给出了针对三相电压型PWM逆变器的SVPWM死区补偿策略,同时通过实验验证了在不同频率下该方法的有效性。最后,介绍了以TMS320F2812为核心控制芯片的电路设计,用MATLAB软件对PWM整流器和双PWM变频器分别进行了仿真研究,通过仿真验证了控制策略的可行性。在此基础上,搭建了系统实验平台,分别进行了PWM整流器和双PWM变频器实验,通过分析实验波形,证明了双PWM变频技术的正确性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 双PWM变频器的分类和研究现状
• 1.2.1 PWM整流器的分类
• 1.2.2 国内外研究现状及应用
• 1.3 课题研究的内容
• 2 双PWM变频器拓扑结构
• 2.1 电流源型双PWM变频器拓扑结构
• 2.1.1 功率器件为晶闸管
• 2.1.2 功率器件为IGBT
• 2.2 电压源型双PWM变频器拓扑结构
• 2.2.1 电压源型两电平双PWM变频器主电路拓扑图
• 2.2.2 电压源型矩阵式双PWM变频器主电路拓扑图
• 2.2.3 电压源型中点箝位三电平双PWM变频器主电路拓扑图
• 2.2.4 谐振环节软开关双PWM变频器主电路拓扑图
• 3 三相电压型PWM整流器
• 3.1 三相电压型PWM整流器工作原理
• 3.1.1 三相电压型PWM整流器的两种工作状态
• 3.1.2 三相电压型PWM整流器电压和电流矢量关系
• 3.2 三相电压型PWM整流器（VSR）dq数学模型
• 3.3 三相电压型整流器控制策略分析
• 3.3.1 电流控制策略
• 3.3.2 三相电压型整流器双闭环控制系统设计
• 3.4 空间矢量脉宽调制（SVPWM）控制
• 3.5 三相电压型PWM整流器主电路电感、电容参数计算
• 3.5.1 稳态条件下满足功率指标时交流侧电感的设计
• 3.5.2 满足瞬态电流跟踪指标时交流侧电感的设计
• 3.5.3 直流侧电容值计算
• 3.6 小结
• 4 三相电压型PWM逆变器的SVPWM死区补偿方法
• 4.1 引言
• 4.2 死区效应分析
• 4.3 电流方向判断原理
• 4.4 补偿策略
• 4.5 死区补偿实验及分析
• 4.6 小结
• 5 双PWM变频器仿真与实验
• 5.1 控制电路设计
• 5.1.1 控制芯片简介
• 5.1.2 采样电路
• 5.1.3 转速测量电路
• 5.1.4 保护电路
• 5.2 仿真波形及分析
• 5.2.1 PWM整流器仿真
• 5.2.2 双PWM变频器仿真
• 5.3 实验波形及分析
• 5.3.1 三相电压型PWM整流器软件设计
• 5.3.2 三相电压型PWM逆变器设计
• 5.3.3 子程序软件设计
• 5.3.4 PWM整流器与双PWM变频器实验波形及分析
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢