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三点式四象限脉冲整流器控制策略研究

作　者: 陶良慧
导　师: 关振宏
学　校: 西南交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 脉冲整流器三点式电流控制策略中点电位平衡二次谐波
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 410次
引　用: 13次
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内容摘要

脉冲整流器因为能实现能量的双向流动、调节电网功率因数及稳定输出电压,已成为交流传动系统中的牵引变流器的主要组成部分。三点式脉冲整流器因其较低的开关频率和谐波畸变率以及dV/dt较小等特点在高压大容量功率变换场所得到越来越多的关注。本文以二极管钳位型三点式脉冲整流器为研究对象,首先深入分析了其结构和工作原理,然后对其控制策略进行了详细研究,重点介绍了间接电流控制、滞环电流控制、瞬态电流控制和预测电流控制。最后采用固定开关频率的瞬态电流控制策略和预测电流控制策略,就应用实例建立了基于Matlab/Simulink环境下的仿真模型,得出了稳态和动态情况下的系统性能,分析对比了仿真数据,对系统参数整定,为下一步的物理实验提供理论依据。文中针对三点式脉冲整流器存在的中点漂移问题,分析了其产生的原因及危害,并在对脉冲整流器工作模式深入分析的基础上,提出了采用检测脉冲整流器功率流向法或电流瞬时值法来控制中点平衡的措施。针对应用实例取消二次滤波支路的特点,首先分析了二次谐波产生的机理,然后对中间电容容量取值与二次谐波抑制之间的关系进行了分析研究,考虑通过适当增大支撑电容值的方法来抑制谐波,为此对控制对象的支撑电容取不同的容量值,进行仿真对比分析,验证了思路的正确性。仿真结果表明:三点式脉冲整流器具有功率因数接近于1、电流THD小于2%、直流母线电压稳定可控、功率传输方向转换过程平稳等优点;瞬态电流控制策略能够达到可靠的控制效果;针对中点电位的控制方案快速有效;与两点式脉冲整流器的仿真对比来看,三点式拓扑结构脉冲整流器的电流谐波远小于前者。因此,采用瞬态电流控制的三点式脉冲整流器很适合用于对直流电压控制要求高、网侧功率因数高、能量要双向流动的交流传动的整流单元。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第1章绪论  10-16
  1.1 基于三点式脉冲整流器研究的背景和意义  10-12
  1.2 三电平脉冲整流器的发展现状况  12-14
  1.3 本论文研究的内容  14-16
第2章三点式脉冲整流器结构及原理  16-32
  2.1 基本原理概述  16-19
  2.2 三点式脉冲整流器分类及拓扑结构  19-23
    2.2.1 脉冲整流器一般分类  19-20
    2.2.2 三点式脉冲整流器拓扑结构  20-23
  2.3 二极管钳位型三点式拓扑结构的工作原理  23-26
  2.4 三点式脉冲整流器工作模式分析  26-29
  2.5 三点式脉冲整流器数学模型的建立  29-31
  2.6 小结  31-32
第3章三点式脉冲整流器控制方法分析  32-54
  3.1 电流控制方法分析  34-44
    3.1.1 间接电流控制  35-39
    3.1.2 直接电流控制  39-44
  3.2 中点电位平衡控制分析  44-48
    3.2.1 直流侧中点电位波动的原因及相关问题  44-45
    3.2.2 中点电压平衡控制方法  45-48
  3.3 PWM调制方法分析  48-53
    3.3.1 PWM调制原理  48
    3.3.2 三点式脉冲整流器的SPWM调制方法  48-53
  3.4 小结  53-54
第4章三点式脉冲整流器主电路参数设计  54-73
  4.1 脉冲整流器交流侧电感的设计  54-64
    4.1.1 满足脉冲整流器有功(无功)功率指标时电感的设计  54-59
    4.1.2 满足脉冲整流器瞬态电流跟踪指标时的电感设计  59-64
  4.2 脉冲整流器直流侧支撑电容的选取  64-66
  4.3 二次滤波电路与其中间电容容量取值关系研究  66-72
    4.3.1 二次谐波产生机理  66-69
    4.3.2 二次滤波电路设计原理  69-70
    4.3.3 增大支撑电容量抑制二次谐波的仿真分析  70-72
  4.4 小结  72-73
第5章三点式脉冲整流器仿真  73-92
  5.1 三点式脉冲整流器在交流传动中的应用实例  73-76
    5.1.1 主电路结构及参数  73-74
    5.1.2 控制系统结构  74-75
    5.1.3 调制方式  75-76
  5.2 系统仿真及控制参数整定  76-78
    5.2.1 电流参考值  77
    5.2.2 PI调节器  77
    5.2.3 PWM脉冲产生电路  77-78
    5.2.4 电压电流控制环  78
    5.2.5 中点电位控制模块  78
  5.3 仿真结果  78-91
  5.4 小结  91-92
结论  92-93
致谢  93-94
参考文献  94-99
攻读硕士学位期间发表的论文  99

三点式四象限脉冲整流器控制策略研究

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