【正文】 功率變換器的整流級，實現(xiàn)在 360Hz～ 800Hz 不同供電頻率下的整流。 關(guān)鍵詞 ：變頻供電系統(tǒng)， PWM 整流，解耦控制 本科畢業(yè)設(shè)計論文 V ABSTRACT More Electric Aircraft (MEA) has put forward more requirements on power quality and enegy density of airplane power supply system with power consumption equipments increasing. Variable frequency (VF) power system has no mechanical constant speed drive, which decreases the system plexity and maintenance difficulty, improving the system power density, reliability and service life, is being hot spot of MEA technology. In this paper, a rectifier is designed with ACDCAC mode VVVF converter. The controller makes equipments can start and operate well when powered by aircraft VF (360Hz~800Hz) supply. According to the goals of variable frequency power supply, the requirements of the rectifier performance are analyzed, and a mathematical model is set up. Focus on PWM rectifier, the structure and parameters of voltagecurrent dual loops and decoupling control system are designed to achieve high power factor on the input side, and adapt to VF power supply at the same time. A Saber simulation model of the controller cascaded by rectifier is established. Theoretical analysis, software simulation show that the rectifier makes the equipments adapt to the VFAC supply and start and operate well. The starting and operating impacts of motor on power system are reduced and the input power factor of controller can be up to with the PWM rectifier. The results verify the correctness and feasibility of the design. Key words: VF power system, PWM rectifier, decoupling control 本科畢業(yè)設(shè)計論文 VI 目錄 摘要 ................................................................ I ABSTRACT ........................................................... V 目錄 ............................................................... VI 第一章 緒論 ......................................................... 8 研究背景及意義 ............................................... 8 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .............................................. 10 研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 安排 .......................................... 12 第二章 PWM 整流器工作原理及主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) .......................... 15 整流器基本工作原理 ......................................... 15 正弦脈寬調(diào)制技術(shù) ........................................... 18 整流器的數(shù)學(xué)模型 ........................................... 22 三相靜止坐標(biāo)系下 VSR數(shù)學(xué)模型 .......................... 22 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下 VSR數(shù)學(xué)模型 .......................... 25 功率電路參數(shù)計算 ........................................... 27 開關(guān)器件的選擇 ........................................ 27 交流測輸入電感 ........................................ 28 直流側(cè)輸出電容 ........................................ 29 本章小結(jié) ................................................... 30 第三章 整流器控制結(jié)構(gòu) ............................................. 31 整流器的電流解耦控制 ....................................... 31 電流內(nèi)環(huán)控制器設(shè)計 ......................................... 34 電壓外環(huán)控制器設(shè)計 ......................................... 39 第四章 基于 Saber 的 PWM 整流器電路仿真 ............................. 44 Saber 軟件簡介 ............................................. 44 Saber 仿真模型 ............................................. 44 仿真驗證 .................................................... 46 本科畢業(yè)設(shè)計論文 VII 頻率變化時仿真結(jié)果 .................................... 46 負(fù)載變化時仿真結(jié)果 .................................... 54 本章小結(jié) ................................................... 55 第五章 論文總結(jié) ................................................... 56 參考文獻(xiàn) ........................................................... 57 致謝 ............................................... 錯誤 !未定義書簽。 在傳統(tǒng)的飛機(jī)能源系統(tǒng)中存在著多種二次能源，如氣壓能源、液壓能源、電能源等，多種二次能源要求飛機(jī)發(fā)動機(jī)附件機(jī)匣上裝配發(fā)電機(jī)，液壓泵、燃料泵和氣壓等機(jī)件，造成安裝空間緊張，維修不便，發(fā)動機(jī)迎風(fēng)面積大等難以克服的缺點(diǎn) [3]。多電技術(shù)的應(yīng)用不僅大大降低了飛機(jī)的成本與重量，而且提高了飛機(jī)的可靠性和維護(hù)性。當(dāng)今飛機(jī)交流發(fā)電技術(shù)有恒速恒頻、變速恒頻和變頻三種。諸多實踐和經(jīng)驗證明了變頻供電系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢，目前，國內(nèi)也在積極將變頻供電系統(tǒng)付諸實踐 [6]。 在變頻供電系統(tǒng)背景下，飛機(jī)電氣負(fù)載根據(jù)電源頻率對其影響程度，可分為一般負(fù)載和特殊負(fù)載。由 115V/360Hz～ 800Hz飛機(jī)變頻電源直接驅(qū)動的異步電機(jī)，工作在變頻恒壓輸入狀態(tài)。傳統(tǒng)變頻器注重逆變級的結(jié)構(gòu)與控制，而不控整流器作為非線性電氣負(fù)載，將大量諧波電流注入供電系統(tǒng)，導(dǎo)致電壓、電流波形畸變，系統(tǒng)功率因數(shù)降 本科畢業(yè)設(shè)計論文 10 低，干擾嚴(yán)重，供電品質(zhì)下降，引發(fā)的功率損耗還會造成不必要的發(fā)熱，這在電能和散熱空間有限的航空飛機(jī)上，尤其是變頻供電系統(tǒng)中，情況復(fù)雜，危害嚴(yán)重，不能適應(yīng)多電飛機(jī)技術(shù)的要求。 此外，隨著新型飛機(jī)變頻電源系統(tǒng)對恒頻電源系統(tǒng)的取代，傳統(tǒng)的電力有源濾波和無功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)不能夠滿足新型航空電源變頻系統(tǒng)的要求，迫切需要一種適合于變頻電源系統(tǒng)的有源濾波和無功補(bǔ)償器。 20 世紀(jì) 90 年代以來， PWM 整流技術(shù)由于能夠?qū)崿F(xiàn)整流器的單位功率因數(shù)運(yùn)行，不僅輸入電流諧波含量低，且能雙向傳輸功率，甚至按需調(diào)節(jié)功率因數(shù)，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的無功功率優(yōu) 化，成為 PFC 裝置的技術(shù)熱點(diǎn)。 電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備是電力系統(tǒng)諧波的主要來源之一，而各種整流裝置在這些設(shè)備中所占的比例最大，常用的整流裝置大多采用二極管不控整流或晶閘管相控整流 ,其電路簡單，經(jīng)濟(jì)可靠，但是這種不控或是半控型整流器的功率因數(shù)低，網(wǎng)側(cè)電流波形畸變并含有大量低次諧波，消耗大量的無功功率，影響供電質(zhì) 本科畢業(yè)設(shè)計論文 11 量，而且對于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，這種整流器的單向?qū)щ娦韵拗屏穗姍C(jī)制動能量向電網(wǎng)的回饋，造成大量的能源浪費(fèi)。而且，利用這種方法 ,可以根據(jù)需要對其功率因數(shù) 進(jìn)行調(diào)節(jié)，在這兩種方法中，前者是產(chǎn)生諧波后進(jìn)行補(bǔ)償，而后者是消除諧波源，是解決諧波問題的根本措施 [31][32]。 目 前 ，國內(nèi)外 PWM整流器 的主要研究領(lǐng)域有如下幾方面 [22]： （ 1） PWM 整流 器的建模 ：這是 PWM 整流器運(yùn)行原理和控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)。 （ 2） PWM 整流 器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ： 根據(jù) 直流 濾波元件 的不同， 分為電壓型 PWM 整流 器和電流型 PWM整流 器。 （ 3） PWM 整流器電流控制 方法：常用的有直接電流控制和間接電流控制兩種 。而 直接電流控制的研究 領(lǐng)域 中， SPWM 整流器 和 SVPWM 整流器 的研究最 為 活躍。電壓 矢量控制的關(guān)鍵是 要 通過 對 電網(wǎng)電壓信號的檢測 來取得 同步信號，因此 控制系統(tǒng) 必須要 增加電網(wǎng)電壓傳感器，這 就導(dǎo)致了 控制系統(tǒng)復(fù)雜， 成本增加 ，可靠性降低。 研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 本文的主要研究內(nèi)容 靜止變換器是利用電力電子半導(dǎo)體器件，將一種直流或交流電轉(zhuǎn)換為另一種直流或交流電以便供負(fù)載使用的電力裝置 。本文僅針對變頻轉(zhuǎn)恒頻電源中的整流部分，進(jìn)行理論研究和仿真分析。本文即針對的航空發(fā)動機(jī)供電的三相整流器展開研究，功率等級取為 5kW。由于輸入電流的參考值在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系是直流量，而調(diào)節(jié)器的直流增益可以近似為無窮大，所以該運(yùn)用坐標(biāo)變換的控制方法，可以實現(xiàn)輸入交流電流在幅值和相位上的零靜差控制。 3. 輸出電壓 400Vdc。 2. 系統(tǒng)建模與分析： 本科畢業(yè)設(shè)計論文 14 根據(jù)三相 VSR 主電路結(jié)構(gòu)分別推導(dǎo)了基于三相靜止坐標(biāo)系以及兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的系統(tǒng)模型。建立整流器數(shù)學(xué)模型及相應(yīng)的仿真模型，進(jìn)行仿真分析，參考仿真結(jié)果，詳細(xì)設(shè)計控制結(jié)構(gòu)及各部分的控制參數(shù)。并且根據(jù)兩相同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系下各電流分量的物理含義，給出了控制無功電流，以實現(xiàn)單位功率因數(shù)調(diào)節(jié)的控制方法。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 15 第二章 PWM 整流器工作原理及主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 整流器基本工作原理 PWM 整流器相對傳統(tǒng)的相控與二極管整流器進(jìn)行了全面改進(jìn)。因為電能的雙向傳輸，當(dāng) PWM 整流器從電網(wǎng)吸取電能時，運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；當(dāng) PWM 整流器向電網(wǎng)傳輸電能時，運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。 本科畢業(yè)設(shè)計論文 16 電壓型 按直流儲能形式分類