軟開關技術在變頻器中的應用

電氣自動化論文編號:ZD385  論文字數:38497,頁數:79，有開題報告，任務書，文獻綜述

目 錄
 
摘要  ………………………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 ………………………………………………………………………………… Ⅱ
第1章 前言 ………………………………………………………………………………1
 1.1 引言  ………………………………………………………………………………1
 1.2 電力電子技術的發展………………………………………………………………1
 1.2.1 路基本電路的概念 …………………………………………………………1
 1.2.2 硬開關功率變換電路及其局限性 …………………………………………2
 1.2.3 軟開關功率變換器電路的提出及發展 ……………………………………2
 1.2.4 并聯諧振直流環節變換 ……………………………………………………3
 1.3  研究內容 …………………………………………………………………………3
 1.4 本章小結  …………………………………………………………………………3
第2章 軟開關諧振變換技術的基本原理與發展…………………………………4
 2.1 軟開關的種類  ……………………………………………………………………4
 2.2 軟開關諧振變換技術的發展  ……………………………………………………4
 2.2.1 諧振的基本原理   …………………………………………………………4
 2.2.2 準諧振與多諧振變換器 ……………………………………………………6
 2.2.3 零電流開關(ZCSPWM)與零電壓開關(ZVSPWM)變換器 ………………6
 2.2.4 直流環節諧振型逆變器RDCLI ……………………………………………7
 2.3 本章小結  …………………………………………………………………………8
第3章 三相軟開關SAPWM逆變器主電路結構與動作分析…………………9
 3.1 三相軟開關SAPWM逆變器主電路原理…………………………………………9
 3.2 工作模式及其數學分析 …………………………………………………………10
 3.3 系統概述 …………………………………………………………………………14
 3.3.1 系統總體結構圖……………………………………………………………14
 3.3.2 硬件部分……………………………………………………………………14
 3.3.3 軟件部分……………………………………………………………………15
 3.4 本章小結  …………………………………………………………………………15
第4章 基于DSP的數字控制器硬件系統…………………………………………16
 4.1 引言  ………………………………………………………………………………16
 4.2  TMS320LF2407芯片概述   ……………………………………………………16
 4.3 數字控制器的硬件平臺 …………………………………………………………18
 4.3.1 電源管理單元 ……………………………………………………………18
 4.3.2 擴展RAM單元……………………………………………………………19
 4.3.3  JTAG仿真接口 …………………………………………………………19
 4.3.4 系統復位單元 ……………………………………………………………19
 4.3.5 信號調理單元 ……………………………………………………………19
 4.3.6 可編程邏輯單元 …………………………………………………………20
 4.3.7 故障保護單元 ……………………………………………………………20
 4.4 小結 ………………………………………………………………………………21
第5章 軟開關逆變電源的軟件設計 ………………………………………………22
 5.1 引言………………………………………………………………………………22
 5.2 系統軟件流程圖  ………………………………………………………………22
 5.3 各功能模塊介紹…………………………………………………………………23
  5.3.1 SPWM模塊 ………………………………………………………………23
 5.3.2 數據采集A/D模塊 ………………………………………………………25
 5.3.3 數制轉換模塊  ……………………………………………………………30
 5.3.4 數字PID模塊  ……………………………………………………………31
 5.3.5  RSC模塊 …………………………………………………………………35
 5.4 小結 ………………………………………………………………………………38
本文工作總結  …………………………………………………………………………39
參考文獻 …………………………………………………………………………………40
致 謝  ……………………………………………………………………………………41
附錄: 控制程序清單 ……………………………………………………………………45

摘 要
 
 諧振軟開關技術是近年來電力電子學領域中的一個熱門話題。對軟開關（soft-switching）理論的深入研究，以及軟開關技術的廣泛應用，使電力電子變換器的設計出現了革命性的變化。軟開關技術的應用使電力電子變換器可以具有更高的效率 （自身損耗大大降低）、更高的功率密度 （自身體積、重量大大減小）和更高的可靠性，并可有效地減小電能變換裝置引起的電磁污染（EMI）和環境污染（噪聲等），為在21世紀大力發展綠色 （無公害或低公害）電力電子產品提供了有效的方式和方法.
 本文首先對諧振軟開關技術的研究現狀和各種主要的拓撲結構進行了分析、綜合、總結，指出了各自的優缺點；著重對并聯諧振直流環電路的工作原理、電路工作模式、軟開關實現機理及諧振參數的確定等進行了深入詳盡的分析；利用DSP的靈活調節特點，有效地簡化了并聯諧振直流環軟開關逆變系統的控制環節設計.
　　其次，本文對采用SPWM調制策略的全橋逆變器電路的工作原理、電路工作模式、正弦波產生過程、及參數的確定等進行了深入研究和分析。著重對載波為半波、三角波、半波、鋸齒波的單相三階 SPWM逆變器的輸出電壓的諧波處理、載波比N的數值選擇、調制比M對輸出波形的影響等進行了研究.
　　對數字 PID控制器的理論和應用，本文也進行了研究，推導出離散化的 PID增量式控制算式，并就此探討了在DSP實現數字PID調節過程中，截斷誤差對輸出電壓的影響，提出了改進的 PID調節方法，進而建立起基于 DSP實現的、應用于本逆變電源的數字PID電壓反饋器.
　　在控制實現方面，對采用數字信號處理 （DSP）實現的數字控制技術進行了深入研究，將SPWM調制策略和數字PID控制器等內容與數字信號處理器（DSP）相結合，完成了整個逆變電源系統的控制部分的軟件和硬件的設計制作調試.
 關鍵詞：并聯諧振直流環； 逆變器； 軟開關； 數字信號器 
 
 Abstract
 
 Resonant soft-switching technique is a hot topic in the power electronics field recently. It has improved the design of the power electronic converter greatly because of the deep research and widespread application of the soft-switching theory. Soft-switching technique can make the converter more efficiency, more power density, and more reliability．It can decrease the EMI caused by power converter and environment pollution (noise, etc) effectively. So it is necessary to do deep research for the resonant soft-switching technique.
 Firstly, this paper analyzes and summarizes the research situation of resonant soft-switching technique and main topologies. And it indicates the main advantages and disadvantages. Then it pays more attention to analyze the parallel resonant DC link circuit theory and operating modes. It also analyzes how the resonant circuit realizes the resonant process. This paper also simplifies the control part design of the parallel resonant DC link soft-switching inverter by DSP.
 Secondly, this paper analyzes the operating principle of the SPWM modulation strategy for the full bridge inverter deeply. And it also analyzes the sine wave producing process. It also gives the parameters of the resonant components. And then the output voltage harmonic for the single-phase three-level SPWM inverter under the half triangular and half saw-tooth carrier wave is studied. It also discusses how to select the carrier ratio N and the effects to the output wave by modulation ratio M.
 Thirdly, this paper studies the digital PID theory and its application and then deduces the discrete PID incremental control formula. The paper also discusses the effect caused by truncation error for output voltage and then derives the improved PID regulation method. Based on the conclusion, the paper establishes the digital PID voltage feedback controller. In the aspect of the control realization, this paper studies the digital control technique with digital signal processor (DSP).And then the SPWM modulation strategy and digital PID controller with digital signal processor (DSP) technique are united. This paper also finishes designing and debugging software and hardware of the whole inverter system control part.
 Keyword:  Parallel resonant DC link；inverter； soft-switching； DSP