三相电压型PWM整流器及其控制策略研究

论文摘要

目前,传统二极管整流及相控整流因其结构简单,技术相对成熟,是目前中高档变频器中普遍采用的一种AC/DC变换形式。然而,随着绿色能源技术的快速发展,不可控整流引起电流畸变所产生的电磁干扰和谐波污染已经成为日益严重的问题,因此PWM整流器技术已成为电力电子技术研究的热点和亮点。PWM整流器可以实现网侧电流接近正弦波,功率因数近似为1并可实现四象限运行,其较快的动态响应,能量双向流动、直流母线电压可控制和抗负载扰动能力强等优点,使得节能和“绿色环保”高度的结合。本文详细介绍了三相电压型PWM整流器的工作原理,在三相静止坐标系下推导出基于开关函数的数学模型,并在此基础上通过坐标变换,建立其在两相静止坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型。简要阐述了PWM整流器的换流过程并对系统主电路的参数选择进行了理论推导。对比分析了正弦脉宽调制和电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术。在此基础上,对PWM整流器的电流控制策略进行了深入的分析,探讨了间接电流控制,三种坐标系下的直流电流控制。针对电压定向控制策略,引入空间矢量PWM(SVPWM)技术,并结合应用前馈控制技术,设计了基于电压定向控制的双闭环系统。考虑PWM整流器的成本问题,详细阐述了带初始值观测的无电网电压传感器虚拟磁链定向控制的原理,并简要介绍了无电流传感器虚拟电网磁链定向控制策略。基于电压定向控制策略,采用TI公司的2812DSP芯片,设计了PWM整流系统的硬件电路,包括主电路、控制电路、采样及同步电路,并给出了设计方案。本文在理论分析的基础上,利用MATLAB提供的电力电子工具箱,在Simulink仿真环境下建立了各种电流控制策略的仿真模型并进行了仿真实验,通过对仿真结果的分析,验证了各种控制策略下系统的正确性和可行性,为研究和开发PWM整流器提供了实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 PWM整流器的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 PWM整流器的工作原理
• 2.1 单相电压型PWM整流器工作原理
• 2.2 三相电压型PWM整流器工作原理
• 2.2.1 三相电压型PWM整流器基本结构
• 2.2.2 坐标变换理论
• 2.2.3 三相电压型PWM整流器数学模型
• 2.3 PWM整流器的换流分析
• 2.4 PWM整流器参数设计
• 2.4.1 交流侧电感的设计
• 2.4.2 直流侧电容的设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 PWM整流器的脉宽调制技术
• 3.1 正弦脉宽调制基本原理
• 3.2 电压空间矢量脉宽调制技术
• 3.2.1 电压空间矢量脉宽调制基本原理
• 3.2.2 电压空间矢量的合成
• 3.3 SPWM调制方法与SVPWM调制方法比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 PWM整流器的控制
• 4.1 间接电流控制
• 4.2 直接电流控制
• 4.2.1 基于ABC坐标系的电流控制策略
• 4.2.2 基于α β坐标系的电流控制策略
• 4.2.3 基于dq坐标系的电流控制策略
• 4.3 电压定向控制双闭环系统设计
• 4.3.1 电流内环设计
• 4.3.2 电压外环设计
• 4.4 虚拟电网磁链定向矢量控制
• 4.4.1 无电网电压传感器的虚拟电网磁链定向矢量控制
• 4.4.2 无交流电流传感器的虚拟电网磁链定向矢量控制
• 4.5 本章小结
• 第五章 电压定向控制整流系统硬件设计
• 5.1 系统主电路设计
• 5.1.1 功率开关器件的选取
• 5.1.2 IPM驱动电路设计
• 5.1.3 IPM驱动电源设计
• 5.2 控制芯片的选择
• 5.3 采样电路与同步电路设计
• 5.3.1 电流采样电路设计
• 5.3.2 电压采样电路设计
• 5.3.3 同步电路设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 仿真建模与结果分析
• 6.1 各基本模块的搭建
• 6.1.1 坐标变换模块的搭建
• 6.1.2 SVPWM发生模块的搭建
• 6.1.3 电网电压矢量空间位置角度计算模块的搭建
• 6.1.4 SPWM波形发生模块的搭建
• 6.2 电流控制策略的仿真及其波形分析
• 6.2.1 基于ABC坐标系的电流控制策略仿真
• 6.2.2 基于α β坐标系的电流控制策略仿真
• 6.2.3 基于dq坐标系的电流控制策略仿真
• 6.2.4 基于虚拟磁链定向的电流控制仿真
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢