基于DQ变换的航空400Hz三相四线高功率因数整流器的研制

论文摘要

传统整流器采用二极管不控整流或晶闸管相控整流,这些控制方法使得输入电流中混有大量的谐波。这些谐波不仅造成电网的极大污染、影响附近电网谐波敏感设备的正常工作,而且还会对该整流器后面的电力电子装置造成一定的电流冲击和电压波动,降低了系统的可靠性。因此,功率因数校正技术越来越为人们所重视。在功率因数校正技术中,PWM控制技术由于其独特的优越性而蓬勃发展,已经成为了近年来研究的热点。在现行的中大型功率的应用场合中大都使用的是三相系统。其中,三相四线系统由于实际应用中防雷、绝缘等方面的优势而广泛应用。故本文针对400Hz的三相四线PWM整流器展开研究。在三相四线PWM整流器的实现拓扑中,三相六开关拓扑由于其良好的控制特性、能量双向流动及功率因数可调等优点而被采用。在控制策略方面,滞环比较控制由于开关频率不固定并在较大范围内变化,使系统设计复杂化。直接电流控制方法的输入电流参考值是交流量,这样在PI调节控制中不可避免会有静差产生,并且这个问题在中频400Hz时更为突出。故本文利用dq同步旋转坐标变换,将输入电流变换到dq0坐标系,然后在同步旋转坐标系进行PI调节。由于输入电流的参考值在同步旋转坐标系是直流量,而PI调节器的直流增益近似为无穷大,所以该方法可以实现输入交流电流在幅值和相位上的零静差控制。同时,本文结合旋转坐标变换的控制方法,通过设定0轴的参考值为偏压值来达到控制输出直流串联电容均压的目的。基于以上提到的控制方法,本文首先对三相四线六开关PWM整流器进行了建模分析,并完成了主电路及控制电路的设计。随后,经过saber仿真验证了该控制方法可以达到预定的效果。最后,实际搭建了一台3kw的实验原理样机以验证此控制方法的可行性。输出直流端的串联电容电压均稳定在200VDC,输入电流相位在不同的负载情况下均可以较好的跟踪同相输入电压相位。实验结果较好地验证了理论的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 三相四线整流器的拓扑与控制
• 1.2.1 三相四线整流器的拓扑
• 1.2.2 三相整流器的基本控制方法
• 1.2.3 三相四线整流器输出串联电容均压的实现
• 1.3 本文工作
• 第2章 三相四线PWM整流器的工作原理与数学模型
• 2.1 三相四线六开关PWM整流器的工作原理
• 2.1.1 PWM整流器中的矢量关系
• 2.1.2 单相半桥PWM整流器的开关工作状态
• 2.2 三相四线PWM整流器的数学模型
• 2.2.1 静止坐标系下的数学模型
• 2.2.2 三相四线PWM整流器电路在旋转坐标系的数学模型
• 2.3 小结
• 第3章 三相四线PWM整流器的控制原理
• 3.1 输入电流的零静差控制
• 3.2 输出串联电容的均压控制
• 3.3 三相四线PWM整流器的控制原理
• 3.4 小结
• 第4章 系统设计
• 4.1 主电路设计
• 4.1.1 开关管的选择
• 4.1.2 输入电感量的选择
• 4.1.3 输出电容的选择
• 4.2 鉴相电路的设计
• 4.3 采样电路的设计
• 4.3.1 电流采样电路的设计
• 4.3.2 电压采样电路的设计
• 4.4 驱动电路的设计
• 4.5 保护电路的设计
• 4.6 控制电路参数的设计
• 4.6.1 电流内环设计
• 4.6.2 电压外环设计
• 4.7 数字控制的设计
• 4.7.1 数字平台的简介
• 4.7.2 数字控制的系统设计
• 4.7.3 数字控制的设置
• 4.7.4 数字PI调节器
• 4.8 小结
• 第5章 仿真及实验结果
• 5.1 仿真结果
• 5.2 实验结果
• 5.3 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简历