大容量400Hz中頻逆變電源相對于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機組式中頻電源具有很大優(yōu)勢,已逐漸取代傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機組式中頻電源,廣泛應(yīng)用于艦船系統(tǒng)、航空電源系統(tǒng)、高性能不間斷電源(Uninterruptible Power Supply,UPS)等重要場合。但由于大容量400Hz中頻逆變電源輸出電壓基波頻率高,幅值低,輸出電流大,從而導(dǎo)致了開關(guān)頻率和控制帶寬間的矛盾;中頻逆變電源的負載一般多為非線性和不平衡負載,為得到高性能的中頻逆變電源,傳統(tǒng)的逆變電路拓撲已不能直接應(yīng)用,且需要選擇合適的控制策略;在大容量中頻逆變電源的數(shù)字化系統(tǒng)中,由于開關(guān)頻率的限制,加上低開關(guān)頻率下傳統(tǒng)數(shù)字SPWM(Sinusoidal Pulse-Width Modulation)方法帶來的延時對中頻逆變系統(tǒng)性能影響較大,需要進一步研究如何減小數(shù)字延時。本文從逆變拓撲著手,通過選擇合適的逆變拓撲及調(diào)制策略,實現(xiàn)逆變器等效開關(guān)頻率的提高,同時滿足不平衡及非線性負載需求,結(jié)合當前研究中提出的控制策略,并在此基礎(chǔ)上加以改進,力求對中頻逆變器存在的關(guān)鍵問題提出更好的解決方案,實現(xiàn)對逆變器輸出波形質(zhì)量控制,得到高動態(tài)、靜態(tài)特性及高穩(wěn)定性的大容量400Hz中頻逆變電源。以多電平逆變器拓撲為基礎(chǔ),分析幾種傳統(tǒng)多電平拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點,并提出了一種改進多電平拓撲結(jié)構(gòu)——兩單元五開關(guān)級聯(lián)H橋逆變器。改進拓撲在使用較少開關(guān)器件時能夠輸出較多電平數(shù),提高了逆變器輸出電壓波形質(zhì)量,并且提高了逆變器等效開關(guān)頻率;然后介紹了載波移相和載波移幅兩種傳統(tǒng)SPWM調(diào)制策略的原理,并提出了一種改進載波移幅調(diào)制策略,通過仿真和實驗分析了三種調(diào)制策略下輸出電壓波形質(zhì)量及其諧波特性,說明了改進載波移幅調(diào)制策略的優(yōu)勢;針對改進多電平拓撲,給出了與之對應(yīng)的改進載波移相調(diào)制策略,最后通過仿真和實驗驗證了理論分析的正確性。以單相兩單元五開關(guān)級聯(lián)H橋逆變器拓撲為例,建立其等效數(shù)學(xué)模型,介紹了中頻逆變電源系統(tǒng)的雙環(huán)控制原理,其中控制策略選擇比例諧振控制策略,詳細分析了比例諧振控制器的原理及其應(yīng)用于中頻逆變系統(tǒng)的不足。通過分析閉環(huán)系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系推導(dǎo)出一種改進諧振控制器,改進諧振控制器與傳統(tǒng)諧振控制器具有相同的控制作用,且改進諧振控制器具有比傳統(tǒng)諧振控制器更高的相角裕度,更加有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定,最后通過在不同類型負載及不同工況下進行仿真實驗,說明了改進諧振控制器的有效性。針對數(shù)字控制過程引入的延時問題,本文首先介紹了延時對中頻逆變系統(tǒng)的影響,之后詳細分析了對稱規(guī)則采樣法和不對稱規(guī)則采樣法兩種傳統(tǒng)數(shù)字SPWM方法的原理及引入延時的機理和大小,并介紹了能夠有效減小延時的多次采樣立即更新法的工作原理及引入的延時大小,說明了該方法適用于大容量中頻逆變電源的數(shù)字控制。
【學(xué)位單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM464
【部分圖文】：

第一章 緒論加在原控制信號上，以消除以后各周期中將出現(xiàn)的重復(fù)性畸變[8]。該控制策略的優(yōu)點在于對死區(qū)、非線性負載引起的輸出波形周期性畸變能夠有效抑制，并且無需將指令或擾動信號的內(nèi)模形式植入控制器，便能夠達到對指令或擾動信號的無靜差跟蹤，極大的簡化了控制器的形式，重復(fù)控制一般采用數(shù)字方式實現(xiàn)，重復(fù)控制系統(tǒng)框圖如圖 1.1 所示重復(fù)控制能夠得到較好的穩(wěn)態(tài)控制效果，但其動態(tài)特性一般較差，故一般需結(jié)合其他控制策略構(gòu)成復(fù)合控制，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，如重復(fù)和 PI 控制的復(fù)合控制[9]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和重復(fù)控制的復(fù)合控制[10]、重復(fù)控制與誤差拍控制的復(fù)合控制[11]等。

圖 2-1 三相三電平二極管中點鉗位型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)Fig.2-1 Topology of three phase three level diode neutral point clamped inverter42關(guān)斷時，UAN為 0，從而得到 A 相輸出相電壓有三種電平，為±Vd/2 和 0，同出相電壓也有三種電平，通過相電壓相減可得到線電壓，且線電壓共有五種電分別為±Vd、±Vd/2 和 0，由此可以看出，該類型逆變拓撲通過增加輸出電壓，消除輸出電壓中的諧波，提高輸出電壓波形質(zhì)量。二極管中點鉗位型逆變電路由于將開關(guān)器件的中點通過鉗位二極管與直流電接，使得每個全控型器件在關(guān)斷時所承受的電壓應(yīng)力得到降低，具體與電路結(jié)圖 2-1 中為 Vd/2，因此，二極管中點鉗位型逆變電路拓撲較適用于高壓大容量但同時二極管中點鉗位型逆變電路拓撲也存在很多缺點，如隨著電平數(shù)的增加全控型器件、鉗位二極管、直流電容的數(shù)量都會增加，三相中全控型器件和鉗為對應(yīng)單相的 3 倍，直流電容數(shù)與單相相同，例如，對應(yīng)上述三電平電路，單器件數(shù)分別為 12、10、6 個，三相對應(yīng)的各器件數(shù)目為 36、30、6，由此看出很大時，所需器件數(shù)會變得很龐大；另外直流側(cè)電容的電壓均衡控制也會隨著

第二章 中頻逆變器的主電路拓撲及其調(diào)制策略波含量，提高波形質(zhì)量的效果，但此類電路具有較為明顯的缺陷，如電路中存在較多的鉗位電容和直流側(cè)電容，且隨著電平數(shù)的增加，電容的數(shù)量也會增加很多，這無疑增加了電路成本和體積；并且電路中的鉗位電容需要進行單獨的充電，電容上的電壓均衡問題增加控制難度，且大量的電容會導(dǎo)致電路在高頻工作條件下，增大系統(tǒng)損耗，故在工程應(yīng)用中，飛跨電容型多電平逆變拓撲應(yīng)用具有很大的局限性，故較少使用。

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6 孫U

本文編號：2815700