馈能型三相PWM整流器的研究

论文摘要

本课题为馈能型三相PWM整流器的研究,课题是在研究传统电梯调速系统前级采用不控整流方式的基础上,同时结合电梯本身能量可回馈的特点以及行业发展趋势而提出的。针对能量可回馈的要求,本课题选择的整流器拓扑为三相桥式电压型拓扑,以TI公司TMS320F2812芯片作为控制器来实现整流器的高性能要求。本文中首先对三相VSR变换器的基本工作原理作了分析,详细分析了变换器整流模式和逆变模式的四象限运行原理。重点对三相VSR进行了数学建模分析,推导了dq旋转坐标系下的小信号模型。在控制方案上,提出了dq旋转坐标系下的固定开关频率的直接电流控制方案,同时在控制中加入了dq电流的解耦控制,以及输入电网电压的前馈,使得系统具有更好的动态性能和稳定性。文中对控制系统进行了补偿网络的设计,给出了设计的相关准则,并通过MATLAB进行闭环系统的仿真。电压空间矢量调制方式能够获得更高的电压利用率,同时可使可有效减小电流谐波。文中对三相VSR中电压空间矢量的原理和具体实现作了详细分析,选择了谐波含量相对小的矢量排序策略。文中对本课题的关键问题,电网相位的同步以及影响电流谐波的死区效应作了详尽的分析,并给出响应的实现措施,使得变换器在运行中能够达到较为理想的效果。同时文中给出了相关硬件电路的具体设计过程。最后,实际制作10kW三相PWM整流器样机,给出了实验结果以及实验分析,验证了本次课题设计方案的正确性与可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电梯系统发展概况
• 1.2 三相PWM整流器的发展概况
• 1.2.1 三相PWM整流器拓扑结构研究
• 1.2.2 三相PWM整流器数学模型的研究
• 1.2.3 电压型PWM整流器电流控制策略研究
• 1.2.4 电网不平衡下的PWM整流器控制研究
• 1.3 课题任务与本文研究内容
• 1.3.1 课题任务
• 1.3.2 本文研究内容
• 第二章 三相VSR模型分析与控制设计
• 2.1 三相VSR工作原理分析
• 2.1.1 基本工作原理
• 2.1.2 直流侧电压选取
• 2.2 数学模型分析
• 2.2.1 三相静止坐标系平均模型
• 2.2.2 dq旋转坐标系平均模型
• 2.2.3 dq电流解耦控制下的小信号模型
• 2.3 控制方案选择与设计
• 2.3.1 控制方案选择
• 2.3.2 旋转坐标系固定开关频率控制方案设计
• 2.3.3 控制系统补偿网络设计
• 2.3.4 闭环系统MATLAB仿真
• 2.4 三相VSR电压空间矢量
• 2.4.1 三相VSR电压空间矢量
• 2.4.2 电压空间矢量的合成
• 2.4.3 矢量排序策略
• 2.5 本章小结
• 第三章 三相VSR系统具体方案与关键问题
• 3.1 系统方案结构
• 3.1.1 系统总体框架
• 3.1.2 系统方案流程图
• 3.2 电压空间矢量的DSP实现
• 3.3 电网相位同步问题
• 3.3.1 基于dq坐标系的锁相原理
• 3.3.2 软件锁相实际模型分析
• 3.3.3 锁相环补偿网络设计
• 3.4 死区问题研究
• 3.4.1 死区效应分析
• 3.4.2 死区效应MATLAB仿真
• 3.4.3 死区补偿的DSP实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 三相VSR硬件电路设计
• 4.1 主电感设计
• 4.2 输出电容设计
• 4.3 采样电路设计
• 4.4 驱动电路设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 IGBT驱动波形及分析
• 5.2 电网相位同步
• 5.3 整流模式实验结果及分析
• 5.4 能量回馈模式实验结果及分析
• 5.5 电路软启动波形
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 致谢