电力机车辅助变流器PWM整流器的控制研究

论文摘要

电力机车辅助系统是机车系统的重要组成部分,随着电力电子和其它技术的的发展,机车辅助变流器必将代替传统劈相机,本文所研究的PWM整流器是机车辅助系统的前端AC/DC部分,它具有输入功率因数高,对电网污染小的优点。PWM整流器有电压型和电流型两种,本文介绍了他们的拓扑结构以及当今对PWM整流器控制策略研究的概述。本文主要介绍了单相电压型PWM整流器的工作原理,分析了它在双极性和单极性调制下的相关波形以及进行了相关的仿真,从中可以看出单极性调制的优越性,还对单相电压型PWM整流器进行了模型推导。本文对主电路开关管的选择以及开关管并联时造成电流不均衡的原因作了分析并总结了并联应用的措施,推导了网侧滤波电感的选取并进行了仿真验证,提出一种新的计算单相电压型PWM整流器直流侧支撑电容的方法,仿真验证了它的可用性。本文针对本课题进行了控制系统的硬件设计,对控制的软件系统也有一定研究。最后,本文主要针对单相电压型PWM的直接电流控制进行了仿真研究,可以看出瞬态电流控制对大电流的系统控制有良好的性能,因此针对这种方法进行了详细的仿真研究,从中可以看出这种控制方法对本系统具有优良的控制性能。并对滑模变结构控制进行了仿真研究,可以看出此方法对直流侧二次脉动波的要求较高。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 机车辅助变流器的发展概况
• 1.2 160KVA机车辅助变流器简介
• 1.3 PWM整流器的拓扑结构和控制策略
• 1.3.1 PWM整流器的拓扑结构
• 1.3.2 PWM整流器的控制
• 1.4 本论文的主要工作及结构安排
• 2 单相电压型PWM整流器的原理及建模
• 2.1 基本原理
• 2.2 单相VSR PWM分析
• 2.2.1 双极性调制及波形分析
• 2.2.2 单极性调制及波形分析
• 2.3 单相电压型PWM整流器的建模
• 2.3.1 采用开关函数描述的一般数学模型
• 2.3.2 改进的周期平均模型
• 3 主电路设计
• 3.1 开关器件的选择
• 3.1.1 开关元件电流波形仿真结果
• 3.1.2 并联运行静态不均流原因分析
• 3.1.3 并联运行动态不均流原因分析
• 3.2 交流侧电感的设计
• 3.2.1 满足有功功率的电感设计
• 3.2.2 满足瞬态电流指标的电感设计
• 3.2.3 满足交流侧电流的谐波要求的电感设计
• 3.3 直流侧支撑电容的设计
• 4 控制系统设计
• 4.1 控制系统硬件构成
• 4.1.1 电源单元
• 4.1.2 DSP最小系统
• 4.1.3 通讯单元
• 4.1.4 驱动单元
• 4.1.5 模拟信号调理单元
• 4.2 控制电路PCB设计
• 4.3 控制系统的软件设计
• 4.3.1 不对称规则采样法
• 4.3.2 锁相模块
• 5 PWM整流器控制技术的研究与仿真
• 5.1 PWM整流器直接电流控制技术
• 5.1.1 滞环电流控制
• 5.1.2 固定开关频率PWM电流控制
• 5.1.3 预测电流控制
• 5.1.4 瞬态电流控制
• 5.2 预测电流控制和瞬态电流控制的仿真研究
• 5.2.1 预测电流控制仿真
• 5.2.2 瞬态电流控制仿真
• 5.3 滑模变结构控制在单相PWM整流器中的应用
• 6 结论
• 参考文献
• 附录 A
• 作者简历
• 学位论文数据集