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车用AC-DC矩阵式变换器闭环控制策略研究

作　者: 薛仁魁
导　师: 徐壮
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: AC-DC矩阵式变换器间接空间矢量四步换流降压变换
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

矩阵式变换器技术相较于传统的交-直-交型电力变换器有着众多的优点,诸如:电路拓扑结构简单、体积小;在进行能量转换时无需中间大电容作为直流储能环节;一级能量变换、能量传输密度大且可以双向传递;输入功率因数可调为介于1与-1之间的任意值且可以进行降压能量变换;对电网的污染小等。正是因为矩阵式变换器具有这么多的优点,所以其必将在未来的电力变换领域获得飞速的发展。本文首先对本课题的背景进行了简要的介绍,然后对矩阵式变换器的研究历程和国内外研究现状进行了详细的叙述,解释了研究矩阵式变换器技术的重要性和迫切性,最后对本文的主要研究工作进行了阐述。本文主要研究内容如下:首先,本文根据三相-三相矩阵式变换器的电路拓扑结构提出了其数学模型,在此基础上,推导出AC-DC矩阵式变换器的电路结构和数学模型。针对其数学模型,提出了两种调制策略:优化AV算法和间接空间矢量调制算法。阐述了这两种算法在AC-DC矩阵式变换器下的工作原理,并对两种调制算法的优缺点进行比较总结,得出可用于闭环控制的间接空间矢量调制算法。其次,本文对矩阵式变换器技术的换流策略进行了详细的分析和讨论,确定了本文所采用的安全换流策略为四步换流方式,并设计了实现四步换流的逻辑电路,在QuartusII中对四步换流方式进行了仿真分析,验证了所选择换流原理的正确性。再次,本文对所提出的AC-DC矩阵式变换器的两种控制策略进行了仿真分析,在Matlab/Simulink中搭建了系统的模型,验证了所提出控制策略的正确性。并根据所推导出的间接空间矢量算法,提出了一种控制调制比m的闭环控制策略,获得了良好的控制效果。最后,本文搭建了AC-DC矩阵式变换器系统实验平台,对所选择的实验硬件进行了阐述,并设计了系统的软件。对所提出的闭环控制策略进行了实验验证。在实验中,AC-DC矩阵式变换器实现了输入功率因数为1,一级的降压能量变换等实验目标,为进一步的研究打下基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题背景和意义  9-10
  1.2 矩阵式变换器技术的研究历程和国内外研究现状  10-15
    1.2.1 矩阵式变换器技术的研究历程  10-13
    1.2.2 矩阵式变换器技术国外研究现状  13-14
    1.2.3 矩阵式变换器技术国内研究现状  14-15
  1.3 课题来源及本论文主要研究内容  15-17
第2章 AC-DC 矩阵式变换器调制策略研究  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 三相-三相矩阵式变换器的数学模型  17-19
  2.3 由三相-三相矩阵式变换器推导出AC-DC 矩阵式变换器  19-20
  2.4 优化AV 法  20-22
  2.5 间接空间矢量调制算法  22-27
    2.5.1 间接调制模型  23-25
    2.5.2 脉宽调制策略  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 AC-DC 矩阵式变换器安全换流策略的研究  28-39
  3.1 引言  28
  3.2 矩阵式变换器四步换流原理分析  28-31
  3.3 四步换流策略的实现  31-35
  3.4 基于CPLD 的四步换流策略的仿真分析  35-37
  3.5 本章小结  37-39
第4章 AC-DC 矩阵式变换器的仿真分析  39-52
  4.1 引言  39
  4.2 优化AV 算法的系统仿真分析  39-42
    4.2.1 驱动波形生成模块的建立  39-40
    4.2.2 主电路的建立  40-42
  4.3 间接空间矢量调制算法的仿真分析  42-51
    4.3.1 系统主电路的建立  42-43
    4.3.2 调制策略模块的建立  43-46
    4.3.3 间接空间矢量调制算法的仿真结果  46-51
  4.4 本章小结  51-52
第5章实验平台的搭建及实验结果  52-65
  5.1 引言  52
  5.2 系统硬件介绍  52-55
  5.3 系统的软件设计  55-58
  5.4 实验结果  58-64
  5.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-71
致谢  71

车用AC-DC矩阵式变换器闭环控制策略研究

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