多电平逆变器毕业设计论文Word文档下载推荐.docx
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指导教师:
副教授
起迄日期:
2011.2.21~2011.6.10
设计地点:
车辆工程实验中心
摘 要
近年来在运动控制领域多电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注,多电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能,具有降低开关管耐压值,减小开关管电压应力,改善输出波形质量,提高系统的电压和功率等级等优点,研究和开发多电平逆变器,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。
所以多电平技术由于越来越广泛的应用于高压大功率领域。
目前,在高压大功率领域中,二极管箝位型三电平变换器是研究最多,应用最广的一种多电平拓扑结构。
[1]
本文主要对二极管箝位型三电平逆变器进行研究,以此拟作为今后进一步研究的基础。
论文首先详细地介绍了三电平逆变器的工作原理,并在此基础上详细分析了其特性,综合比较了多电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点。
然后,研究了三电平逆变器空间电压矢量调制技术的基本原理,分析了空间电压矢量调制算法相对于其它方法的优点。
详细分析了空间电压矢量调制算法,并给出PWM波的计算公式和开关动作次序。
对开关矢量的作用顺序作了有利于中点电压控制的优化,使仿真和实现都比较容易。
最后,分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题的产生。
介绍了一种实现中点电压平衡的理论。
提出了一种基于 MATLAB的建模方法,并通过
MATLAB/SIMULINK 仿真结果验证了该方法的正确性。
采用
MATLAB/SIMULINK仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析,证明了该调制算法的正确性。
并与两电平SVPWM调制算法的仿真进行了比较,进一步证明了三电平SVPWM调制算法在谐波抑制和减小器件开关损耗方面的优越性。
关键词:
多电平逆变器;
空间矢量脉宽调制;
中点平衡;
MATLAB/SIMULINK仿真
II
ABSTRACT
Recently,withthefastdevelopmentofpowerElectronics,microelectronictechnique,computertechnologyandmoderncontroltheory,ThemultilevelinvertershavegotlargeattentioninpowerelectronicindustryandtheapplicationsofthehighpoweredA.Cmotors’motioncontrol.
Multileveltechnologyhasbecomealleffectiveandpracticalsolutionforhigh-voltagehigh-powerapplicationfield.Asdescribedinmanyliteratures,usingmultileveltechnology,thevoltagestressonswitcheswillbereduced,theshapeofoutputwaveformwillbeimprovedandtherateofvoltageandpowercanbeincreasedtoo.Diode-clampedthree-levelinverteristhemostwidelyusedandinvestigatedtopologyatpresent.
Asthebasisoffurtherresearches,thepapermainlyfocusesonthecontrolsystemofdiode-clampedthree-levelinverter.
First,theprincipleoftwo-1evelinverterisdetailedtointroduced,andbasedonit,thepaperdeeplyanalyzesfundamentalprinciple,performanceanddevelopmentofthree-levelinverter,andcomparestheadvantagesanddisadvantagesofthreekindsoftypicalmultilevelcircuit.
Then,theprincipleofthevoltagevectormodulatingtechniqueisstudied,theadvantageofthevoltagevectormodulatingcalculationisanalyzedcomparingwithothermeans.Thenextinorder,thethree-1evelspacevoltagevectorcontrolmethodisanalyzedindetail.TheformulasaboutPWMpulseandtheorderofswitchesactionare
alsopresented.Theorderofswitchesactionisalsooptimizedinthistext,whichcallbe
propitioustothecontrolofmidpointsvoltage.Atthesametime,thesimulatingandimplementcanalsobeeasier.
Atlast,theproductionofcapacitancevoltage’simbalancebelongstodirectcurrentsidesofthree.1evelinverterisanalyzedinthistext.Then,Atheorywhichcanrealizethebalanceofmidpoint’svoltageisintroduced;
Atthesametime,amodelingmethodfoundonMATLABisherebybroughtforward.andthenthismethod’scorrectnessis
validatedbyemulationresults.TheSVPWMmodulatingmeansofthree.1evelinverters
issimulatedbyMATLAB,andthecorrectionofmodulatingmeansisproved.ComparingwiththeSVPWMmodulatingresultsoftwo-levelinverters,Thesuperiorityisfurtherproved,whichbelongstotheSVPWMmodulatingmeansof
three-levelinvertersattheaspectsofrestrainingharmonicandminishingswitchingwastage.
Keywords:
Multi-level,Inverter,SVPWM,NeutralpointpalanceMATLAB/SIMULINK,Simulation
III
目 录
V
第一章绪论 1
1.1多电平逆变器产生的背景及现状 1
1.2多电平逆变技术的概述 2
1.2.1多电平逆变器分类 2
1.2.2多电平逆变技术的概述 2
1.2.3不同拓扑结构多电平逆变器的优缺点 4
1.3本文的意义及主要工作 5
第二章多电平逆变器的基本工作原理 7
2.1多电平逆变器的主电路 7
2.2三电平逆变器的基本工作原理 8
2.2.1多电平逆变器基本结构分析 8
2.2.2多电平逆变器串并联拓扑分析 10
2.3三电平逆变器的特性 11
第三章多电平逆变器空间矢量脉宽调制策略 13
3.1多电平逆变器的SVPWM调制策略 13
3.1.1空间合成矢量定义 13
3.1.2多电平电压空间矢量脉宽调制(sⅦwM)策略 14
3.2一种减小开关损耗的SVPWM方法 23
3.3本章小结 24
第四章MATLAB仿真及分析 25
4.1MATLAB和SIMULINK简介 25
4.2三电平逆变器系统仿真模型 25
4.2.1参考电压矢量仿真模块 26
4.2.2小三角形区域判断的仿真 26
4.2.3扇区判断的仿真 27
4.2.4时间计算仿真 28
4.3仿真结果 29
4.4三电平逆变器中点电位平衡的仿真 30
第五章硬件电路设计 32
5.1逆变器控制系统的硬件总体结构 32
5.2TMS320LF2407DSP控制芯片 32
5.3IGBT驱动 33
5.4上电缓冲延时电路 34
5.5电压电流采样电路 35
5.6PWM信号输出电路 36
第六章结论 37
6.1论文总结 37
6.2感想 37
致谢 39
参考文献 40
附录A:
英文资料 41
附录B:
英文资料翻译 53
第一章 绪 论
1.1多电平逆变器产生的背景及现状[2][3][4]
近年来,多电平逆变器在高压大功率场合的应用受到越来越多的关注,各种电路拓扑结构及控制方法纷纷被提出和研究。
所谓的多电平逆变器
(MultilevelinverteO的桥臂上有4个或更多的电力半导体器件,它通过对直流侧的分压和开关动作的不同组合,实现多电平阶梯波输出电压,可以使波形更加接近正弦波。
其拓扑结构种类较多,大致可以分为:
二极管钳位型、飞跃电容型和独立直流电源级联多电平三种拓扑结构,其中二极管钳位型多电平拓扑结构运用最广泛。
它能有效地提高换流系统的耐压、降低输出电压谐波和开关损耗,在电力系统的大功率应用中受到普遍的重视。
多电平逆变器是在1981年由Nabae等人提出的“中点钳位PWM逆变器(Neutral-Point-ClampedPWMInverter,NPC-PWM逆变器)”的基础上发展起来的,其后在高压大功率变频调速器方面得到了广泛的应用。
尽管Nabae未明确提出多电平逆变器的概念,但该逆交器本身就是二极管钳位多电平逆变器的雏形。
多电平逆变器的一般结构是有几个电平台阶成阶梯波以逼近正弦输出电压。
在过去两电平逆变器的高压大容量应用中,往往采用功率开关器件的串并联方式,这就要求所有串并联的开关器件必须同时开通和关断,所有开关器件的开关特性要完全一致。
而由于器件匹配的困难使开关器件的利用因数降低,使这种方案非常麻烦甚至很难实现。
许多情况下也采用交一直一交变频方式,在这种方式中,或是将多个低压小容量变换器采用多重化获得高压大功率,或是在交流输入侧和交流输出侧
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