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基于DSP的矩阵式变换器的研究与实现

作　者: 郑木桂
导　师: 杨苹
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 矩阵式变换器双电压控制四步换流 DSP开发实验
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
引　用: 1次
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内容摘要

矩阵式变换器(Matrix Converter,简称为MC)是一种先进拓扑结构的“全硅”功率变换器,具有优良控制性能和品质的新型电力变换器。与传统的变换器相比,它具有如下优点:能量双向流通,可实现四象限运行;输入功率因数可任意调节,且与负载功率因数无关;具有良好的输入输出特性;不需要中间直流储能环节;可获得正弦波的输入电流和输出电压,能主动抑制谐波,对电网的谐波污染小。因此,矩阵式变换器已成为电力电子技术研究的热点之一,有着广泛的应用前景。本文采用计算机仿真与实验结合的研究方法,分析讨论了矩阵式变换器的双电压控制策略和四步换流策略,提出了改进的双电压控制策略,研制了基于改进型双电压控制策略的实验样机。本文的主要工作包括:1、介绍了矩阵式变换器的结构、数学模型以及工作原理。在研究矩阵式变换器的双电压控制策略的基础上,以方便、可靠实现控制策略为目标,提出了改进型双电压控制策略,简化了开关组合,并推导出统一的占空比计算公式,从而减少了系统计算量,大大方便了编程实现,提高了程序的效率和实时性。2、在详细介绍矩阵式变换器四步换流策略原理的基础上,提出了变步长的四步换流策略,从而缩短了换流时间,改善了输出电压的质量。最后,给出了变步长的四步换流策略的实现方式。3、搭建了基于Matlab/Simulink的矩阵式变换器的仿真模型,在输入平衡状态及非平衡状态下,对改进型双电压控制策略下的矩阵式变换器进行了仿真研究,分析了其输出电压、输入电流的仿真结果,结果验证了理论分析的正确性。4、设计了基于DSP的矩阵式变换器系统的软硬件,研制了矩阵式变换器的实验样机,进行了一系列实验测试。实验结果表明:矩阵式变换器样机系统具有良好的性能,验证了理论分析和数字仿真以及系统软、硬件设计的正确性。本文通过理论分析、仿真验证、样机的研制与实验,对矩阵式变换器交的工作原理、控制策略、换流方式等基本问题进行了研究,得出了一些有意义的经验和结论,对矩阵式变换器的工业样机研制具有重要参考价值。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-20
  1.1 引言  12-15
  1.2 矩阵式变换器的发展与现状  15-18
  1.3 本课题的研究背景与意义  18-19
    1.3.1 研究背景  18
    1.3.2 本课题研究的意义  18-19
  1.4 本文的主要工作  19-20
第二章矩阵式变换器的基本原理  20-38
  2.1 矩阵式变换器的基本概念与分类  20-22
  2.2 矩阵式变换器的基本拓扑  22-26
    2.2.1 矩阵式变换器的拓扑结构  22-24
    2.2.2 矩阵式变换器的双向开关构成  24-26
  2.3 矩阵式变换器的数学模型  26-34
    2.3.1 矩阵式变换器的开关模型  26-29
    2.3.2 开关矩阵的确定  29-34
  2.4 矩阵式变换器的特性分析  34-37
    2.4.1 矩阵式变换器的输入功率因素  34-36
    2.4.2 矩阵式变换器的电压传输比  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章矩阵式变换器的调制策略及换流方法的研究  38-60
  3.1 矩阵式变换器的调制策略  38-53
    3.1.1 矩阵式变换器的控制策略概述  38-41
    3.1.2 双电压控制策略  41-46
    3.1.3 改进的双电压控制策略  46-49
    3.1.4 改进的双电压控制策略的输入输出特性分析  49-52
    3.1.5 非平衡输入状态下的输入输出特性分析  52-53
  3.2 矩阵式变换器的换流方法  53-59
    3.2.1 矩阵式变换器的换流方法概述  53-55
    3.2.2 四步换流策略  55-58
    3.2.3 换流策略的两个关键问题  58-59
  3.3 本章小结  59-60
第四章矩阵式变换器的仿真研究  60-77
  4.1 MATLAB/SIMULINK仿真平台  60-61
  4.2 改进的双电压控制策略仿真模型的建立  61-66
    4.2.1 三相输入电源模块  62-63
    4.2.2 输入电压检测模块  63
    4.2.3 矩阵式变换器的主电路模块  63-64
    4.2.4 改进的双电压控制策略模块  64-65
    4.2.5 开关选通模块  65-66
    4.2.6 缓冲保护模块  66
  4.3 基于改进的双电压控制策略下矩阵式变换器的仿真分析  66-76
    4.3.1 输入平衡输入状态下的仿真  66-72
    4.3.2 输入非平衡输入状态下的仿真  72-76
  4.4 本章小结  76-77
第五章基于DSP 的矩阵式变换器的研制与实验研究  77-98
  5.1 矩阵式变换器的总体设计  77-78
  5.2 矩阵式变换器的硬件设计  78-86
    5.2.1 主电路设计  78-81
    5.2.2 控制系统设计  81-86
  5.3 矩阵式变换器的软件开发  86-93
    5.3.1 软件端口的定义  86-87
    5.3.2 控制算法的DSP软件开发  87-91
    5.3.3 换流算法的CPLD软件开发  91-93
  5.4 矩阵式变换器的实验研究  93-96
    5.4.1 矩阵式变换器的实验样机  93-94
    5.4.2 实验结果与分析  94-96
  5.5 本章小结  96-98
结论与展望  98-100
参考文献  100-105
攻读硕士学位期间取得的研究成果  105-106
致谢  106

基于DSP的矩阵式变换器的研究与实现

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