微型燃机PWM整流控制系统的研究与设计

论文编号:ZD227 论文字数:35751,页数:91

摘  要
 随着电网谐波污染问题日益严重和人们对高性能电力传动技术的需要，PWM整流技术引起人们越来越多的注意。三相PWM整流器可以做到输入电流正弦、单位功率因数、直流电压输出稳定，具有良好的动态性能并可实现能量的双向流动，是一种性能优越，且很有发展前途的新型整流器。因此，PWM整流器成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。
 本文主要对三相VSR（电压源整流器）研究。所做的工作主要包括：
 详细论述了电压型PWM整流器的拓扑结构及原理，通过分析三相PWM整流器的物理工作过程，对三相PWM整流器的工作原理做了详细的阐述；并分别建立了三相半桥VSR在坐标系下的一般数学模型；应用等功率变换建立了整流器在和坐标系下的数学模型，并对三相VSR系统的功率进行了阐述，从而简化了控制系统设计。
 在综合分析了PWM整流器的各种控制方法和控制策略的基础上，论文比较详细地介绍了几种重要的和工程应用较多的控制方法和控制策略，提出了基于双闭环控制的 PWM整流器的工程设计方法：通过CLARKE和PARK变换将三相静止坐标系变换到同步旋转的坐标系，通过解耦控制，对构成电流环的内环和构成电压环的外环PI控制器的设计给出了系统的介绍，采用固定开关频率直接电流控制技术的三相VSR系统进行了基于同步旋转坐标的系统分析和设计，并给出了二值逻辑单极性调制的PWM脉冲生成方法。应用该方法为微型燃机电力变换系统设计了基于模型的单位功率因数三相VSR控制器，最后通过仿真验证了方案的可行性。
 应用TMS320LF2407A作为三相VSR整流器的控制器，进行了系统控制电路的硬件设计，包括最小系统，检测电路，主电路以及相应的驱动电路。特别给出了交流侧电感和中间直流环节储能电容的设计方法。
 最后对系统进行了软件设计，根据程序结构对主程序和中断程序进行了详细的流程图编写，特别对中断子程序各种单元的流程图编写。
 
 关键词: PWM整流 DSP 直接电流控制 单位功率因数 无功补偿 电压源整流器 MATLAB
 The Research and Design of PWM Rectify Control System in Micro Turbine
 
Abstract
 ...............

Key words: PWM rectify DSP Direct current control Unit power factor Reactive power compensation Voltage source rectifier MATLAB

目  录
摘  要 II
Abstract III
第一章 概  述 1
1.1论文研究的背景 1
1.2微型燃机与电力变换系统概述 1
1.3无功补偿和谐波抑制 3
1.4 PWM整流技术概述及研究概况 4
1.5本文所做工作 7
第二章 PWM整流器的原理、拓扑与建模 8
2.1 PWM整流器原理概述 8
2.2 PWM整流器的分类及拓扑结构 10
2.2.1 PWM整流器分类 10
2.2.2电压型PWM整流器拓扑结构 11
2.2.3电流型PWM整流器拓扑结构 13
2.3 PWM整流器的数学模型 14
2.3.1 ABC坐标系下系统数学模型 16
2.3.2 坐标系及三相VSR的数学模型 17
2.3.3 坐标系及三相VSR的数学模型 21
2.4三相VSR系统的功率 22
2.4.1稳态平均功率 22
2.4.2瞬时功率 23
第三章 三相VSR控制系统设计 25
3.1三相VSR的电流控制策略 25
3.1.1间接电流控制 25
3.1.2直接电流控制 26
3.2三相VSR双闭环控制原理 30
3.3双闭环整流系统控制器设计 32
3.3.1电流内环控制器设计 32
3.3.2电压外环控制器设计 35
3.3.3仿真结果与稳定性分析 37
3.4系统方案的具体实现 38
3.4.1固定开关频率直接电流控制 38
3.4.2控制器设计及控制系统实现 42
3.4.3仿真模型的建立 44
3.4.4三相VSR PWM分析 44
第四章 三相VSR硬件设计 51
4.1控制电路设计 52
4.1.1信号检测硬件设计 52
4.1.2最小系统及外围电路设计 53
4.2主电路设计 58
4.2.1主开关器件选择 58
4.2.2保护电路设计 58
4.3驱动电路设计 61
4.4三相VSR交流侧电感设计 63
4.5三相VSR直流侧电容设计 66
第五章 三相VSR软件设计与实现 68
5.1 DSP编程特点 68
5.2主程序单元设计 69
5.3中断服务程序设计 70
5.3.1直流电压检测单元 71
5.3.2坐标变换单元 72
5.3.3交流电压检测单元 73
5.3.4电压外环调节器单元 74
5.3.5电流检测单元 75
5.3.6电流指令计算单元 76
5.3.7电流调节器单元 77
5.3.8电网频率与相位检测单元 78
第六章 结 论 79
参考文献 81
致   谢 84

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