本文選題：電力電子變壓器　切入點(diǎn)：級(jí)聯(lián)H橋整流器　出處：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展,客運(yùn)列車(chē)的不斷提速還面臨著眾多挑戰(zhàn),輕量化是高速列車(chē)發(fā)展與進(jìn)一步提速的關(guān)鍵技術(shù)。使用電力電子變壓器替代傳統(tǒng)工頻牽引變壓器是高速列車(chē)牽引傳動(dòng)系統(tǒng)輕量化和高功率密度化研究的一個(gè)重要方面。采用單相級(jí)聯(lián)H橋整流器與中高頻隔離DC-DC變換器結(jié)合的電力電子變壓器是無(wú)工頻牽引變壓器牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的主要研究方向,因此開(kāi)展級(jí)聯(lián)H橋整流器系統(tǒng)的分析與研究具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值與意義。本文以電力電子變壓器前端單相級(jí)聯(lián)H橋整流器為研究對(duì)象,從級(jí)聯(lián)H橋整流器控制調(diào)制算法、小功率實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)搭建、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制程序設(shè)計(jì)三個(gè)方面展開(kāi)工作,主要工作內(nèi)容如下:首先,對(duì)單相級(jí)聯(lián)H橋整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了分析和計(jì)算,分析了級(jí)聯(lián)整流器直流電容電壓不平衡的原因和負(fù)載不平衡程度的約束條件,結(jié)合傳統(tǒng)兩電平整流器的控制方法,分析了單相級(jí)聯(lián)H橋整流器的控制、調(diào)制和電壓平衡控制的方法,分析和仿真結(jié)果表明:瞬態(tài)直接電流控制和電流DQ解耦控制適用于對(duì)單相級(jí)聯(lián)H橋整流器的控制;載波移相調(diào)制可在較低載波頻率下實(shí)現(xiàn)較高的等效開(kāi)關(guān)頻率,有助于改善諧波特性;直流側(cè)負(fù)載不平衡是引起直流電壓不平衡的主要原因,通過(guò)對(duì)調(diào)制比增量進(jìn)行調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)直流電壓平衡控制。其次,設(shè)計(jì)并搭建了包含三個(gè)H橋模塊的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)功率220V/2.2kW,主要有控制、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)和功率電路,此外還包含預(yù)充電、濾波器和保護(hù)等輔助電路。給出了詳細(xì)的電路設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算過(guò)程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)性能良好,并實(shí)現(xiàn)較好的控制效果。最后,編寫(xiě)了基于TMS320F28335的單相級(jí)聯(lián)H橋整流器控制程序,為貼近工程實(shí)際應(yīng)用,所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制程序包含了電路預(yù)充電、輕載啟動(dòng)、額定運(yùn)行和停止等過(guò)程,并編寫(xiě)了上電自檢和過(guò)壓檢測(cè)等保護(hù)程序以保障實(shí)驗(yàn)的安全性,所設(shè)計(jì)的程序?qū)崿F(xiàn)了級(jí)聯(lián)H橋整流器的控制目標(biāo),具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和諧波性能,驗(yàn)證了本文理論分析及所采用控制調(diào)制算法的正確性和有效性。
[Abstract]:With the rapid development of high-speed railway in China, the increasing speed of passenger trains is still facing many challenges. Lightweight is the key technology for the development and further increase of speed of high-speed trains. It is important to use power electronic transformers to replace traditional power frequency traction transformers in the study of lightweight and high power density of traction transmission system of high-speed trains. Power electronic transformer, which combines single-phase cascaded H-bridge rectifier with DC-DC converter with middle and high frequency isolation, is the main research direction of traction drive system of no-power frequency traction transformer. Therefore, the analysis and research of cascaded H-bridge rectifier system has important engineering application value and significance. This paper takes the front-end single-phase cascaded H-bridge rectifier of power electronic transformer as the research object, and controls the modulation algorithm from the cascaded H-bridge rectifier. The design and construction of the low-power experimental platform and the design of the control program of the experimental platform are carried out. The main work is as follows: first, the topology of the single-phase cascaded H-bridge rectifier, The working principle and mathematical model are analyzed and calculated. The causes of voltage imbalance in DC capacitor of cascade rectifier and the constraint condition of load unbalance are analyzed, and the control method of traditional two-level rectifier is combined. The control, modulation and voltage balance control methods of single-phase cascaded H-bridge rectifier are analyzed. The analysis and simulation results show that the transient direct current control and current DQ decoupling control are suitable for single-phase cascaded H-bridge rectifier control. The carrier phase shift modulation can achieve higher equivalent switching frequency at lower carrier frequency, which is helpful to improve the harmonic characteristics, and the unbalanced load on the DC side is the main cause of the imbalance of DC voltage. The DC voltage balance control can be realized by adjusting the modulation ratio increment. Secondly, an experimental platform including three H-bridge modules is designed and built for experimental verification. The design power of the experimental platform is 220 V / 2.2 kW, which is mainly controlled and driven. The detection and power circuits also include auxiliary circuits such as precharge, filter and protection. The detailed circuit design and parameter calculation process are given. The experimental results show that the designed experimental platform has good performance. Finally, the control program of single-phase cascaded H-bridge rectifier based on TMS320F28335 is written. In order to be close to the practical application of engineering, the control program of the experimental platform includes circuit precharge, light load start, and so on. In order to ensure the safety of the experiment, the program is designed to realize the control target of cascade H-bridge rectifier, and has good dynamic response and harmonic performance. The theoretical analysis and the validity of the control modulation algorithm are verified.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TM461

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