微型燃機(jī)PWM整流控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

電氣自動化論文編號:ZD227 論文字?jǐn)?shù):35751,頁數(shù):91

目  錄
摘  要 II
Abstract III
第一章 概  述 1
1.1論文研究的背景 1
1.2微型燃機(jī)與電力變換系統(tǒng)概述 1
1.3無功補(bǔ)償和諧波抑制 3
1.4 PWM整流技術(shù)概述及研究概況 4
1.5本文所做工作 7
第二章 PWM整流器的原理、拓?fù)渑c建模 8
2.1 PWM整流器原理概述 8
2.2 PWM整流器的分類及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 10
2.2.1 PWM整流器分類 10
2.2.2電壓型PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 11
2.2.3電流型PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 13
2.3 PWM整流器的數(shù)學(xué)模型 14
2.3.1 ABC坐標(biāo)系下系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 16
2.3.2 坐標(biāo)系及三相VSR的數(shù)學(xué)模型 17
2.3.3 坐標(biāo)系及三相VSR的數(shù)學(xué)模型 21
2.4三相VSR系統(tǒng)的功率 22
2.4.1穩(wěn)態(tài)平均功率 22
2.4.2瞬時(shí)功率 23
第三章 三相VSR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25
3.1三相VSR的電流控制策略 25
3.1.1間接電流控制 25
3.1.2直接電流控制 26
3.2三相VSR雙閉環(huán)控制原理 30
3.3雙閉環(huán)整流系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì) 32
3.3.1電流內(nèi)環(huán)控制器設(shè)計(jì) 32
3.3.2電壓外環(huán)控制器設(shè)計(jì) 35
3.3.3仿真結(jié)果與穩(wěn)定性分析 37
3.4系統(tǒng)方案的具體實(shí)現(xiàn) 38
3.4.1固定開關(guān)頻率直接電流控制 38
3.4.2控制器設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 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硬件設(shè)計(jì) 51
4.1控制電路設(shè)計(jì) 52
4.1.1信號檢測硬件設(shè)計(jì) 52
4.1.2最小系統(tǒng)及外圍電路設(shè)計(jì) 53
4.2主電路設(shè)計(jì) 58
4.2.1主開關(guān)器件選擇 58
4.2.2保護(hù)電路設(shè)計(jì) 58
4.3驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 61
4.4三相VSR交流側(cè)電感設(shè)計(jì) 63
4.5三相VSR直流側(cè)電容設(shè)計(jì) 66
第五章 三相VSR軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 68
5.1 DSP編程特點(diǎn) 68
5.2主程序單元設(shè)計(jì) 69
5.3中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 70
5.3.1直流電壓檢測單元 71
5.3.2坐標(biāo)變換單元 72
5.3.3交流電壓檢測單元 73
5.3.4電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器單元 74
5.3.5電流檢測單元 75
5.3.6電流指令計(jì)算單元 76
5.3.7電流調(diào)節(jié)器單元 77
5.3.8電網(wǎng)頻率與相位檢測單元 78
第六章 結(jié) 論 79
參考文獻(xiàn) 81
致   謝 84

摘  要
 隨著電網(wǎng)諧波污染問題日益嚴(yán)重和人們對高性能電力傳動技術(shù)的需要，PWM整流技術(shù)引起人們越來越多的注意。三相PWM整流器可以做到輸入電流正弦、單位功率因數(shù)、直流電壓輸出穩(wěn)定，具有良好的動態(tài)性能并可實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動，是一種性能優(yōu)越，且很有發(fā)展前途的新型整流器。因此，PWM整流器成為當(dāng)前電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)課題之一。
 本文主要對三相VSR（電壓源整流器）研究。所做的工作主要包括：
 詳細(xì)論述了電壓型PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及原理，通過分析三相PWM整流器的物理工作過程，對三相PWM整流器的工作原理做了詳細(xì)的闡述；并分別建立了三相半橋VSR在坐標(biāo)系下的一般數(shù)學(xué)模型；應(yīng)用等功率變換建立了整流器在和坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，并對三相VSR系統(tǒng)的功率進(jìn)行了闡述，從而簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
 在綜合分析了PWM整流器的各種控制方法和控制策略的基礎(chǔ)上，論文比較詳細(xì)地介紹了幾種重要的和工程應(yīng)用較多的控制方法和控制策略，提出了基于雙閉環(huán)控制的 PWM整流器的工程設(shè)計(jì)方法：通過CLARKE和PARK變換將三相靜止坐標(biāo)系變換到同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系，通過解耦控制，對構(gòu)成電流環(huán)的內(nèi)環(huán)和構(gòu)成電壓環(huán)的外環(huán)PI控制器的設(shè)計(jì)給出了系統(tǒng)的介紹，采用固定開關(guān)頻率直接電流控制技術(shù)的三相VSR系統(tǒng)進(jìn)行了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)，并給出了二值邏輯單極性調(diào)制的PWM脈沖生成方法。應(yīng)用該方法為微型燃機(jī)電力變換系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于模型的單位功率因數(shù)三相VSR控制器，最后通過仿真驗(yàn)證了方案的可行性。
 應(yīng)用TMS320LF2407A作為三相VSR整流器的控制器，進(jìn)行了系統(tǒng)控制電路的硬件設(shè)計(jì)，包括最小系統(tǒng)，檢測電路，主電路以及相應(yīng)的驅(qū)動電路。特別給出了交流側(cè)電感和中間直流環(huán)節(jié)儲能電容的設(shè)計(jì)方法。
 最后對系統(tǒng)進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)，根據(jù)程序結(jié)構(gòu)對主程序和中斷程序進(jìn)行了詳細(xì)的流程圖編寫，特別對中斷子程序各種單元的流程圖編寫。
 
 關(guān)鍵詞: PWM整流 DSP 直接電流控制 單位功率因數(shù) 無功補(bǔ)償 電壓源整流器 MATLAB
 The Research and Design of PWM Rectify Control System in Micro Turbine
 
Abstract
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Key words: PWM rectify DSP Direct current control Unit power factor Reactive power compensation Voltage source rectifier MATLAB