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【摘要】：高頻PWM整流器能夠?qū)崿F(xiàn)可控的AC/DC變換性能,在提供穩(wěn)定的直流輸出電壓的同時,獲得正弦、低諧波的輸入電流,可控的功率因數(shù),并且可以實現(xiàn)能量的雙向流動。由于PWM整流器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能量從交流側(cè)流向直流側(cè),工作在整流狀態(tài),還可以實現(xiàn)能量從直流側(cè)流向交流側(cè),工作在有源逆變狀態(tài),因此PWM整流器是一種可以四象限運行的變流器。 根據(jù)單相電壓型PWM整流器不同時刻開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài),建立不同的電路結(jié)構(gòu)模型,在此基礎(chǔ)上建立單相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用狀態(tài)空間平均法建立了整流器狀態(tài)空間平均模型,將非線性的PWM整流器系統(tǒng)線性化,在此模型的基礎(chǔ)上進行了單相電壓型PWM整流器工作原理分析和控制器設(shè)計。 該單相電壓型PWM整流器采用雙環(huán)控制,電壓外環(huán)采用PI控制器,用于穩(wěn)定直流輸出電壓,電壓外環(huán)控制器的輸出作為整流器輸入電流指令,電流內(nèi)環(huán)控制器來控制整流器輸入電流,使整流器輸入電流是與電網(wǎng)電壓同相位的正弦電流,實現(xiàn)整流器輸出穩(wěn)定直流電壓的同時獲得單位功率因數(shù)和低諧波電流。為了使單相電壓型PWM整流器工作在單位功率因數(shù),必須設(shè)置鎖相環(huán)系統(tǒng),本文對數(shù)字鎖相環(huán)的工作原理進行了簡單的分析,給出了數(shù)字鎖相環(huán)檢測電路和實驗結(jié)果。 在電壓型PWM整流器控制技術(shù)中,主要有兩類控制方案:第一類是間接電流控制,間接電流控制主要以幅相控制(Phase and Amplitude Control——PAC)為代表。間接電流控制的優(yōu)點在于控制簡單,無需設(shè)計電流環(huán)進行電流反饋控制。這種控制方式的主要問題在于輸入側(cè)電流響應(yīng)較慢,對系統(tǒng)的參數(shù)波動較為敏感,難以控制得到良好的整流器輸入電流,因而常適合于對動態(tài)響應(yīng)要求不高的應(yīng)用場合。另一類是直接電流控制,這一類控制方式主要包括固定開關(guān)頻率雙環(huán)PWM電流控制(Current Control with Fixed Switch Frequency——CCFF)和滯環(huán)電流控制(Hysteresis Current Control——HCC)。這類直接電流控制可以獲得較高品質(zhì)的電流響應(yīng),但控制結(jié)構(gòu)和算法較間接電流控制復(fù)雜。由于以上原因,直接電流控制目前占主導(dǎo)地位。本文對以上三種控制方案分別做了控制器的分析設(shè)計,對于各控制方案,在MATLAB2006a/Simulink環(huán)境下,基于S-function的C語言程序進行了仿真,控制系統(tǒng)仿真全部由C語言程序?qū)崿F(xiàn)。本文搭建了基于DSP2812和FPGA為處理器的單相電壓型PWM整流器系統(tǒng),對單相電壓型PWM整流器的控制方案進行了仿真和實驗驗證。 本文基于電力機車牽引應(yīng)用場合研制的單相電壓型PWM整流器,在這種大功率應(yīng)用場合中,開關(guān)器件的開關(guān)頻率受到限制。本文在后面章節(jié)對這種低開關(guān)頻率工況做了仿真和實驗,出現(xiàn)了在高開關(guān)頻率下的雙環(huán)PI控制不一致的實驗現(xiàn)象,本文對這種特殊的實驗現(xiàn)象做了分析,并給出了啟發(fā)性的解決方案。
【關(guān)鍵詞】：PWM整流器 幅相控制 雙環(huán)控制 滯環(huán)控制
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM461
【目錄】： 摘要4-6
ABSTRACT6-10
1 緒論10-14
1.1 PWM 整流器產(chǎn)生背景10
1.2 PWM 整流器的發(fā)展狀況10-11
1.3 PWM 整流器的研究熱點11-13
1.4 本文研究內(nèi)容13
1.5 本章小結(jié)13-14
2 單相電壓型PWM 整流器建模與工作原理14-18
2.1 單相電壓型PWM 整流器的數(shù)學(xué)建模14-16
2.2 單相電壓型PWM 整流器的工作原理16-17
2.3 本章小結(jié)17-18
3 電壓型PWM 整流器控制方法分析18-38
3.1 直接電流控制18-25
3.2 電壓外環(huán)控制器設(shè)計25-32
3.3 間接電流控制32-36
3.4 電網(wǎng)電壓鎖相控制器設(shè)計36-37
3.5 本章小結(jié)37-38
4 低開關(guān)頻率下的單相電壓型PWM 整流器工作特性分析38-43
4.1 低開關(guān)頻率下的單相電壓型PWM 整流器外環(huán)PI 內(nèi)環(huán)P 控制實驗現(xiàn)象38-40
4.2 低開關(guān)頻率下電流內(nèi)環(huán)設(shè)計方案40-42
4.3 本章小結(jié)42-43
5 單相電壓型PWM 整流器硬件及軟件系統(tǒng)設(shè)計43-54
5.1 單相電壓型PWM 整流器主電路系統(tǒng)設(shè)計43-48
5.2 信號采樣電路設(shè)計48-50
5.3 控制板電路設(shè)計50-51
5.4 IGBT 驅(qū)動電路設(shè)計51-52
5.5 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計52-53
5.6 本章小結(jié)53-54
6 全文總結(jié)54-56
6.1 本文的研究內(nèi)容54-55
6.2 工作展望55-56
致謝56-57
參考文獻57-60
