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机车辅助电源逆变器研究

作　者: 刘凯
导　师: 胡海兵
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 三相逆变器 双环控制 空间矢量调制 软件实现 硬件实现 变频启动
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


采用开环控制的传统机车辅助电源逆变器已不能满足现代机车对辅助电源的性能要求;迫切需要对现有辅助电源逆变器进行升级改造。因此本文针对上述现状,展开对符合现代机车要求的辅助电源逆变器进行研究。首先对现有的三相电压型逆变器的现有拓扑结构与控制方法进行了比较,根据铁路需求特点,确定采用三相三线制全桥逆变器拓扑结构和基于全数字平台实现的空间矢量双闭环控制策略。分别推导并建立了三相静止坐标系、两相静止坐标系、两相旋转坐标系下逆变器数学模型,并通过仿真验证了所建模型的正确性。分析了数字控制系统中延时的构成以及延时给系统控制参数设计和系统稳定性带来的影响;同时给出了系统电压环、电流环参数设计过程。设计了系统主电路关键参数和器件,详细分析了功率损耗与开关频率、系统控制带宽与开关频率关系,并给出了功率开关管、LC滤波器电感电容设计方法。研究了逆变器以及基于DSP的实现方法,设计了控制软件,包括主程序、变频启动程序、初始化程序等;同时研究了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的硬件实现方法,并对软、硬件两种实现进行对比和分析。在Matlab中搭建了系统模型并进行了仿真验证。搭建了TMS320F2812控制的35kVA逆变器样机,并进行了充分的稳态和动态实验,实验结果验证了理论分析的正确性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 机车辅助电源及其发展  14-15
  1.2 三相电压源逆变器拓扑结构与控制方法比较和应用  15-20
    1.2.1 三相电压源逆变器拓扑结构比较  15-18
    1.2.2 三相逆变器控制方法比较  18-20
  1.3 本文研究意义与主要内容  20-22
第二章 系统数学模型验证与延时对控制器设计影响  22-37
  2.1 三相逆变器数学模型建立  22-26
    2.1.1 三相静止坐标系下数学模型建立  22-23
    2.1.2 两相静止坐标系下数学模型建立  23-24
    2.1.3 两相旋转坐标系下数学模型建立  24-26
  2.2 仿真验证  26-28
  2.3 系统延时及其对系统控制器设计影响  28-36
    2.3.1 系统延时分析  28-29
    2.3.2 系统延时对电流环设计影响  29-33
    2.3.3 系统延时对电压环设计影响  33-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 系统主电路关键参数设计  37-49
  3.1 开关管选取  37-38
  3.2 开关频率和LC 滤波参数确定  38-45
    3.2.1 开关频率和功率器件开关损耗关系  38-42
    3.2.2 滤波电感与电容选取  42-44
    3.2.3 开关频率与系统控制带宽关系  44-45
  3.3 电压电流调理电路  45
  3.4 保护电路  45-47
    3.4.1 过流保护电路  46
    3.4.2 输入过欠压保护电路  46
    3.4.3 缺相保护电路  46-47
  3.5 驱动电路设计  47-48
  3.6 本章小结  48-49
第四章 系统控制算法设计与实现  49-60
  4.1 控制算法总体设计  49-50
  4.2 变频启动设计  50-52
  4.3 空间矢量调制的软件实现  52-55
    4.3.1 空间矢量调制方式  52-54
    4.3.2 空间矢量脉宽调制软件实现  54-55
  4.4 控制环路参数映射  55-57
    4.4.1 电压、电流给定与反馈映射关系  55-56
    4.4.2 PI 参数映射关系  56-57
  4.5 空间矢量脉宽调制硬件实现  57-59
  4.6 本章小结  59-60
第五章 仿真分析与实验结果  60-67
  5.1 仿真模型建立与仿真结果分析  60-63
    5.1.1 仿真模型建立  60
    5.1.2 仿真结果分析  60-63
  5.2 实验结果  63-66
    5.2.1 缓启动实验  63-64
    5.2.2 稳态实验  64-65
    5.2.3 动态实验  65-66
  5.3 本章小结  66-67
第六章 总结和展望  67-68
  6.1 全文工作总结  67
  6.2 后续工作展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士学位期间主要成果  73
攻读硕士学位期间获得荣誉  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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