中频逆变器及其直流母线谐波抑制技术研究

发布时间：2017-09-26 08:09

  本文关键词：中频逆变器及其直流母线谐波抑制技术研究

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【摘要】：中频电源由于输出电压频率较高,输出滤波器体积更小,相对于工频电源在功率密度上具有独特优势,因此广泛应用于航天、舰船、铸造等特殊场合。但是相对于工频逆变器而言,带宽提高的需求使得中频电源获得良好的输出性能所需的控制器设计更加困难。同时,当中频电源作为高压直流电源系统的负载,其输出恒压恒频的交流电对负载供电时,逆变器直流母线上谐波电流会对直流系统产生污染。因此,在设计中频逆变器时,必须同时考虑抑制直流母线电流谐波,保证整个用电系统安全可靠。本文首先深入分析单极性SPWM调制时逆变器直流母线输出电流成分,分析了调制度对谐波电流大小及其损耗的影响。针对中频逆变器的特点,选用全桥逆变器作为逆变主电路,建立全桥逆变器的小信号模型,设计基于瞬时值反馈控制的双闭环控制器,并分析闭环系统的稳定性。针对数字控制及输出滤波器引起的相位滞后对中频逆变器的不利影响,电压外环采用具有相位超前补偿功能的PR控制器,提高了系统的输出性能。经过仿真验证,闭环系统动态响应速度快,稳态精度得到改善。针对逆变器直流母线电流谐波,重点研究一种交错工作于Boost-Buck模式的直流有源滤波器电路,详细分析其谐波抑制原理,设计主电路参数,建立电路的小信号模型。最后,对直流有源滤波器进行补偿器的设计,并在Simulink平台中搭建系统闭环仿真模型,仿真分析直流有源滤波器对于直流母线谐波电流的抑制效果。基于上述理论分析与仿真验证,搭建中频逆变器以及直流有源滤波器实验原理样机,选用TMS320F28035 DSP作为系统控制芯片,进行实验验证所设计的系统性能。
【关键词】：中频逆变器 母线电流谐波 双闭环控制 电力有源滤波器 Boost-Buck变换器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 中频逆变器研究现状9-12
• 1.2.2 谐波电流抑制的研究现状12-15
• 1.3 课题的主要研究内容15-17
• 第2章 逆变器直流母线输出电流分析17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 直流母线输出电流组成17-22
• 2.2.1 逆变器脉动功率分析17-18
• 2.2.2 直流母线输出电流二重傅里叶分析18-22
• 2.3 调制度的影响分析22-27
• 2.3.1 调制度对谐波电流影响分析22-24
• 2.3.2 调制度对谐波损耗影响分析24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 中频逆变器建模及控制系统设计28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 逆变器小信号模型28-31
• 3.2.1 逆变器数学方程28-29
• 3.2.2 逆变器小信号模型的建立29-31
• 3.3 中频逆变器控制系统设计31-39
• 3.3.1 主电路参数设计31-33
• 3.3.2 逆变器开环频率特性分析33-34
• 3.3.3 逆变器双闭环控制器设计34-36
• 3.3.4 逆变器输出电压外特性的提高36-39
• 3.4 仿真结果及分析39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 直流母线谐波抑制技术研究41-59
• 4.1 引言41
• 4.2 母线谐波电流仿真验证41-42
• 4.3 直流母线无源滤波器设计42-44
• 4.4 直流母线有源滤波器设计44-54
• 4.4.1 谐波抑制原理44-45
• 4.4.2 主电路工作模态45-47
• 4.4.3 有源滤波器数学模型建立47-49
• 4.4.4 主电路参数设计49-51
• 4.4.5 直流有源滤波器控制器设计51-54
• 4.5 Matlab闭环仿真设计54-58
• 4.5.1 仿真模块设计54-56
• 4.5.2 仿真结果与分析56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 硬件电路设计及实验结果分析59-71
• 5.1 引言59
• 5.2 硬件电路设计59-62
• 5.2.1 驱动电路的设计59-60
• 5.2.2 采样电路的设计60-61
• 5.2.3 辅助电源的设计61-62
• 5.3 系统数字控制设计62-65
• 5.3.1 数字控制结构的设计62-63
• 5.3.2 数字控制策略的实现63-65
• 5.4 实验结果及分析65-70
• 5.4.1 系统实验平台65-66
• 5.4.2 实验结果分析66-70
• 5.5 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间的学术成果76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 袁登科;朱小娟;周俊龙;;地铁车辆电气牵引系统直流侧电流谐波分析[J];同济大学学报(自然科学版);2012年01期

2 胡雪峰;谭国俊;;应用神经网络和重复控制的逆变器综合控制策略[J];中国电机工程学报;2009年06期

3 袁庆庆;伍小杰;吴强;戴鹏;;三电平PWM策略谐波性能的二重傅里叶分析[J];中国矿业大学学报;2013年05期

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本文编号：922401