逆变器PWM谐波分析及谐波抑制方法研究

论文摘要

随着电力电子技术进一步发展,PWM逆变器在各种电力电子装置中得到了广泛的应用。在高效节能的同时,谐波污染问题也日益严重。为了减小谐波污染和进一步节能降耗,已经提出了各种PWM控制技术来抑制谐波。本文在对PWM电压型逆变器进行谐波分析的基础上,对特定谐波消除技术进行了深入研究。首先,根据PWM技术的基本原理与傅里叶级数理论,建立了正弦PWM逆变器和随机PWM逆变器输出电压波形的数学模型,并通过仿真对其数学模型进行谐波分析,得出其输出电压波形的谐波分布规律,为研究特定消谐技术提供了理论依据。其次,根据特定消谐技术的基本原理,建立了特定消谐逆变器输出波形的数学模型。该数学模型为非线性超越方程组,在分析牛顿迭代法求解的基础上,提出了同伦算法,它具有在大范围内快速收敛和对迭代初值要求低等特性。求解过程是先用同伦算法对非线性超越方程组进行求解,再用牛顿迭代法求得精确解。通过与牛顿迭代法的比较,该算法具有计算速度快、收敛域宽、计算精度高等优点。再次,通过分析开关角的分布规律和在硬件实现时所存在的问题,提出了省略开关角对和省略窄脉冲的优化策略。在不影响输出波形质量的前提下,以达到便于工程实现、减小功率开关管损耗、消除低次谐波的目的。最后,对双极性的特定消谐逆变器进行仿真,对其电压波形及其频谱图进行了分析,验证了理论分析的正确性。根据上述研究制作了基于STC89C52RC单片机的硬件控制电路,编制了程序软件。通过对实验结果的分析,验证了采用同伦算法和牛顿迭代法相结合的新算法进行逆变器消谐模型的求解,具有收敛范围宽、收敛速度快等显著优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 国内外PWM 逆变器谐波抑制技术的发展现状
• 1.2.1 正弦PWM 技术
• 1.2.2 随机PWM 技术
• 1.2.3 特定谐波消除PWM 技术
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 PWM 电压型逆变器的谐波分析
• 2.1 PWM 逆变器
• 2.1.1 PWM 逆变器的基本电路
• 2.1.2 PWM 逆变器的控制电路
• 2.1.3 PWM 逆变器的调制方式
• 2.2 SPWM 逆变器输出电压的谐波分析
• 2.2.1 单相逆变器输出电压的谐波分析
• 2.2.2 三相逆变器输出电压的谐波分析
• 2.3 随机频率PWM 逆变器输出电压的谐波分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 SHEPWM 技术的研究
• 3.1 特定消谐数学模型建立
• 3.1.1 单极性特定消谐数学模型的建立
• 3.1.2 双极性特定消谐数学模型的建立
• 3.2 非线性方程组的求解
• 3.3 同伦算法
• 3.3.1 同伦算法的原理及数学模型
• 3.3.2 同伦方程的求解
• 3.4 同伦算法在SHEPWM 逆变器中的应用
• 3.4.1 同伦算法消谐模型的建立
• 3.4.2 牛顿同伦算法
• 3.4.3 牛顿同伦算法在SHEPWM 逆变器中的应用
• 3.5 特定谐波消除技术的优化
• 3.5.1 特定谐波消除技术的优化方法
• 3.5.2 特定谐波消除技术的优化仿真及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 逆变器主电路与控制器设计
• 4.1 逆变器的主电路设计
• 4.2 控制器的硬件设计
• 4.2.1 主电路的控制CPU
• 4.2.2 单片机的外围总体设计
• 4.2.3 驱动电路
• 4.2.4 栅极限流电阻RG的选择
• 4.2.5 保护电路
• 4.2.6 电源电路
• 4.2.7 故障代码显示电路
• 4.3 控制器的软件设计
• 第五章 实验结果及其分析
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 实验平台
• 5.1.2 实验波形
• 5.2 实验分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢