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高功率因数软开关中频变频器的研究

作　者: 丁杨
导　师: 沈锦飞
学　校: 江南大学
专　业: 电机与电器
关键词: 变频器功率因数校正软开关 MATLAB仿真
分类号: TM921.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,随着变频器的频率不断提升,功率不断增大,通用变频器在一些应用场合中逐渐暴露出它的弊端,比较突出的有两个方面：一是网侧功率因数低；二是开关器件损耗过大。针对上述缺点本文提出了一种新型的电路拓扑,将功率因数校正(PFC)和软开关技术有机地结合起来,既提高了功率因数又降低了开关损耗。本文分别对三相PFC技术和软开关逆变技术的原理、拓扑结构进行了详细地分析与比较。主电路的前端的功率因数校正部分使用的是三相双开关PFC电路,增加了两个辅助开关,电路拓扑结构简单,采用电流内环和电压外环的双闭环控制,电路工作在电流连续模式(CCM)下,网侧功率因数高,为后端提供稳定的直流电压；后端软开关部分使用的是直流谐振PWM逆变电路,结构上增加了三个辅助开关以及谐振电感Lr和电容Cr,使用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)技术,从空间矢量的角度研究了逆变桥的零电压过渡过程,控制电路可以满足不同的PWM调制策略,辅助开关的动作也都是在软开关条件下进行的。根据理论分析,进行了仿真以及实验验证。通过仿真软件Matlab中的Simulink进行建模仿真,验证系统的兼容性、稳定性以及带载能力(拖动电机的能力)。仿真结果说明前后端的系统相互独立,干扰小；网侧功率因数接近1,THD为10.42%；输出三相电压波形平滑,电机调速性能稳定。同时,搭建了以TI公司的DSP2407为控制核心的实验平台,由于采用数字化的控制方式,硬件部分有采样电路以及驱动电路,其余工作都由软件完成。实验结果说明交流侧功率因数高,直流母线电压可控,电压和电流的波形较为平滑且畸变小。整个系统有效地降低了谐波污染和开关损耗,提高了系统的效率。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 变频器的发展现状  7-8
    1.1.1 国外变频器的现状  7
    1.1.2 国内变频器的现状  7-8
  1.2 变频器的控制方式  8
  1.3 有源功率因数校正技术和软开关技术的发展趋势  8-9
    1.3.1 有源功率因数校正的发展趋势  8
    1.3.2 软开关技术的发展趋势  8-9
  1.4 选题意义和主要工作  9-11
    1.4.1 选题意义  9-10
    1.4.2 课题的主要工作  10-11
第二章系统总体方案选择  11-27
  2.1 系统总体架构  11
  2.2 三相功率因数校正电路的分析与选择  11-15
    2.2.1 功率因数校正技术的原理  12
    2.2.2 三相功率因数校正技术的电路拓扑  12-14
    2.2.3 三相功率因数校正电路的选择  14-15
  2.3 软开关逆变器的分析与选择  15-21
    2.3.1 软开关技术的原理  15-16
    2.3.2 软开关逆变器的电路拓扑  16-20
    2.3.3 软开关逆变电路的选择  20-21
  2.4 异步电机电压空间矢量控制以及矢量控制的分析  21-26
    2.4.1 空间矢量的定义  21-22
    2.4.2 坐标变换  22-23
    2.4.3 三相异步电机在dq坐标系上的数学模型  23-25
    2.4.4 矢量控制的算法实现  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章系统主电路分析与设计  27-41
  3.1 主电路结构  27
  3.2 三相双开关PFC电路的分析与设计  27-34
    3.2.1 三相双开关PFC电路的工作原理  27-30
    3.2.2 三相双开关PFC电路的控制分析  30-32
    3.2.3 元件参数计算  32-34
  3.3 直流谐振PWM软开关电路的分析与设计  34-40
    3.3.1 直流谐振PWM软开关电路的工作原理  34-37
    3.3.2 直流谐振PWM软开关电路的控制分析  37-39
    3.3.3 元件参数计算  39-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章基于DSP系统控制电路设计  41-47
  4.1 DSP系统控制框图  41
  4.2 驱动电路  41-42
  4.3 直流母线电压采集电路  42
  4.4 带通滤波放大电路  42-43
  4.5 SVPWM的程序流程  43-45
  4.6 本章小结  45-47
第五章仿真实验及结论  47-57
  5.1 三相双开关PFC模块设计和仿真结果  47-50
    5.1.1 仿真模块设计  47-48
    5.1.2 仿真结果  48-50
  5.2 直流谐振软开关逆变模块设计和仿真结果  50-54
    5.2.1 仿真模块设计  50-51
    5.2.3 仿真结果  51-54
  5.3 实验结果  54-55
  5.4 本章小结  55-57
第六章全文总结  57-59
致谢  59-61
参考文献  61-65
附录  65-67
  附录A 相关电路图  65-67
  附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  67

高功率因数软开关中频变频器的研究

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