用于大突变负载供电的三相电压型PWM整流器研究

发布时间：2017-08-29 08:42

  本文关键词：用于大突变负载供电的三相电压型PWM整流器研究

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【摘要】：随着功率半导体器件及计算机控制技术的发展,电力电子技术的研究水平上升到了一个空前的高度,针对一种广泛运用的电力电子装置—三相电压型PWM(Pulse Width Modulation)整流器,本文作了一系列研究,特别地,分析了整流器在大突变负载下的控制性能。首先,根据基尔霍夫电压、电流定律,推导出VSR(Voltage Source Rectifier)的电流方程及电压方程。通过旋转变换,得到了VSR在两相旋转坐标系dq上的数学模型。其次,针对电压方程强耦合性、强非线性导致直流电压控制较为困难的实际问题,通过数学变形,推导出与电压方程等效的功率方程,通过忽略回路电阻热功率及电感充放电功率,得到功率方程的简化描述。基于简化描述,得到VSR功率控制策略,系统外环采用电容储能控制,内环采用电流控制,同时引入直流负载功率补偿,实现对电容储能变化率的直接控制。电流内环采用前馈解耦PI(proportional-integral)控制,将内环等效成一阶惯性环节。电容储能外环采用PI控制,利用代数分析及根轨迹分析,提出外环PI参数计算方法。VSR系统整体等效为二阶系统。仿真结果表明:本文所提出的控制器设计方法能使得VSR达到优异的性能且功率方程的简化描述是合理的。对于负载电流信号的获取,除采用负载电流传感器以外,本文详细分析了负载电流观测器的设计方法并给出了仿真结果。然后,针对一类典型的大突变负载—直流电机调速系统,详细分析了直流电机转速、电流双闭环调速系统的控制原理、控制器设计以及H桥直流变换器的调制方式。最后,基于MATLAB平台,实现了三相电压型PWM整流器—直流电机调速系统联合仿真,整流器向直流电机调速系统供电,通过控制直流电机急加速、急反转、急停车,验证整流器在大突变负载下的控制性能,仿真结果表明:在大突变负载下,整流器直流电压突变小于5%额定电压、交流电流总谐波失真THD3%、功率因数大于0.99,动静态性能优异。
【关键词】：PWM整流器 功率控制 电容储能 功率补偿 大突变负载 直流电机
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 PWM整流器概叙及其发展9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的主要工作12-13
• 第2章 VSR的基本原理及数学模型13-28
• 2.1 VSR的工作原理13-15
• 2.1.1 VSR的拓扑结构14-15
• 2.2 VSR在三相静止坐标系abc上的数学模型15-16
• 2.3 VSR在两相静止坐标系αβ0 的数学模型16-19
• 2.3.1 三相静止坐标系abc到两相静止坐标系αβ0 的变换17-18
• 2.3.2 VSR在两相静止坐标系αβ0 上的数学模型18-19
• 2.4 VSR在两相旋转坐标系dq0的数学模型19-21
• 2.4.1 两相静止坐标系αβ0 到两相旋转坐标系dq0的变换19-20
• 2.4.2 三相静止坐标系abc到两相旋转坐标系dq0变换20
• 2.4.3 VSR在旋转坐标系dq0上的数学模型20-21
• 2.5 空间矢量调制21-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 基于功率控制的VSR控制策略及控制器设计28-43
• 3.1 VSR的功率方程及其简化29-30
• 3.2 VSR的功率控制策略30-31
• 3.3 电流内环控制器设计31-32
• 3.4 电容储能外环控制器设计32-33
• 3.5 直流负载电流滤波器设计33-34
• 3.6 实例计算34-35
• 3.7 VSR数字仿真35-38
• 3.7.1 电力电子系统仿真35-37
• 3.7.2 基于传递函数的数字仿真37-38
• 3.8 负载电流观测器38-42
• 3.8.1 负载电流观测器的原理及参数设计38-40
• 3.8.2 负载电流观测器性能仿真40-42
• 3.9 本章小结42-43
• 第4章 一类典型大突变负载—直流电机调速系统43-51
• 4.1 直流电机的数学模型43-44
• 4.2 H桥直流变换器44-46
• 4.2.1 双极调制方案45
• 4.2.2 单极调制方案45-46
• 4.2.3 两种调制方案的选择与分析46
• 4.3 直流电机转速、电流双闭环调速系统46-49
• 4.3.1 电流内环47-48
• 4.3.2 转速外环48-49
• 4.4 实例计算49-50
• 4.4.1 电流内环49-50
• 4.4.2 转速外环50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 三相电压型PWM整流器-直流电机调速系统联合仿真51-63
• 5.1 系统结构51-55
• 5.2 仿真结果55-61
• 5.2.1 直流电压突变分析58-61
• 5.2.2 功率因数及谐波分析61
• 5.3 功率控制方案与常规方案对比分析61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-64
• 6.1 全文总结63
• 6.2 后期工作展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果68

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1 庞达凌;用于大突变负载供电的三相电压型PWM整流器研究[D];湘潭大学;2016年

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本文编号：752386