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三电平SVPWM整流器的研究与设计

作　者: 魏宇
导　师: 满永奎
学　校: 东北大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 三电平整流器中点钳位空间矢量脉宽调制 TMS320F240
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前,在高压大功率领域中,随着现代电力电子技术的飞速发展和广泛应用,由普通二极管整流器所造成的电网谐波污染问题日益严重。提高电网的功率因数,消除电网谐波污染,已成为整流器技术发展的趋势。三电平SVPWM整流器可以消除对电网的谐波污染,不仅能够实现整流器系统单位功率因数控制,而且可以实现整流器交流侧和直流侧能量的双向流动,同时整流器直流侧的直流电压在一定范围内稳定可调。本文主要以中点钳位型三电平整流器为研究对象,首先分析研究了中点钳位型三电平整流器的原理和拓扑结构,并在此基础上推导其数学模型,建立数学模型是研究三电平整流器的有效方法,为控制策略的研究提供了理论依据。在三电平中点钳位式整流器数学模型建立的基础上,采用基于dq轴前馈解耦控制策略和空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)策略,对三电平整流器进行控制。为了避免三电平整流器不同区域矢量在扇区切换中输出矢量突变,提出了一种首发矢量全部采用负小矢量的空间矢量调制算法,并给出了参考电压矢量相应的输出电压矢量作用顺序,推导了三角形顶点各开关电压矢量的作用时间。基于检测到的三相输出电流、中点电流方向和直流侧电容电压,提出了控制和调制的策略,并用仿真试验结果验证了其控制策略和调制算法的可行性。最后,在前面理论分析的基础上,以DSP芯片TMS320F240为控制平台,搭建了三电平整流器控制系统硬件电路的设计和相应的系统软件。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 多电平变换器的研究现状  11-12
  1.3 多电平变换器的拓扑结构  12-15
    1.3.1 二极管钳位型多电平变换器  12-13
    1.3.2 飞跨电容型多电平变换器  13-14
    1.3.3 级联型多电平变换器  14-15
  1.4 三电平中点钳位整流器  15
  1.5 多电平整流器的调制策略简述  15-16
  1.6 本文的主要内容  16-18
第2章三电平PWM整流器数学模型及电压空间矢量脉宽调制策略  18-36
  2.1 三电平PWM整流器数学模型  19-24
    2.1.1 ABC坐标下三电平PWM整流器的数学模型  20-21
    2.1.2 dq坐标下三电平PWM整流器的数学模型  21-24
  2.2 三电平PWM整流器电压空间矢量脉宽调制策略  24-34
    2.2.1 三电平PWM整流器电压空间矢量脉宽调制策略  24-33
    2.2.2 一种减小开关损耗的SVPWM方法  33-34
  2.3 本章小结  34-36
第3章三电平SVPWM整流器的MATLAB仿真  36-48
  3.1 Matlab软件介绍  36
  3.2 三电平整流器系统的仿真  36-43
    3.2.1 系统的仿真搭建  36-37
    3.2.2 控制电路  37-38
    3.2.3 信号转换电路  38-39
    3.2.4 PWM波形发生模块  39-43
  3.3 仿真结果  43-46
    3.3.1 仿真参数的设置  44
    3.3.2 仿真结果  44-46
  3.4 本章小节  46-48
第4章基于DSP TMS320F240芯片的三电平整流器硬件设计  48-58
  4.1 系统的总体设计方案  48
  4.2 主电路的设计  48-51
    4.2.1 进线熔断器  48
    4.2.2 功率开关的选择  48-49
    4.2.3 二极管的选择  49
    4.2.4 滤波电容器  49
    4.2.5 整流器交流侧电感设计  49-50
    4.2.6 阻容吸收回路  50
    4.2.7 IGBT的驱动电路设计  50-51
  4.3 基于TMS320F240芯片的控制电路设计  51-55
    4.3.1 外部电源电路  52-53
    4.3.2 外部晶振电路  53
    4.3.3 JTAG仿真接口电路  53
    4.3.4 外部存储器RAM  53-54
    4.3.5 键盘和显示电路  54-55
  4.4 检测电路的设计  55-57
    4.4.1 交流侧输入电压同步信号检测  55-56
    4.4.2 交流侧输入电压检测  56
    4.4.3 交流侧输入电流检测  56-57
    4.4.4 直流侧直流电压检测  57
    4.4.5 电压相位检测  57
  4.6 本章小结  57-58
第5章系统的软件设计  58-66
  5.1 主要子程序设计  58-61
    5.1.1 PI子程序设计  58-59
    5.1.2 A/D子程序设计  59
    5.1.3 键盘与显示程序  59-61
  5.2 中断子程序的设计  61-63
  5.3 DSP主程序设计  63-64
  5.4 本章小结  64-66
第6章总结与展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
附录A  74-79
附录B  79-80
附录C  80

三电平SVPWM整流器的研究与设计

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