【正文】 型可知，在 dq 坐標(biāo)系下，對(duì)整流橋施加不同的橋側(cè)電壓 du 、 qu ，則可相應(yīng)得到不同的輸入電?？紤]直流電壓的抗擾性指標(biāo)： 12dc LC uR? ? （ 232） 12 0 .7 4rmdc L LtCu R R??? （ 233） 其中 *mu? 為 VSR 直流電壓最大動(dòng)態(tài)跌落值。本文設(shè)計(jì)直流輸出電壓 400V，是電感選擇的一個(gè)參考。因此，開關(guān)頻率應(yīng)折衷選擇，不宜太高。但控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，各量值必須使用同一種變換，及相應(yīng)逆變換，否則將因變換系數(shù)不同，造成數(shù)學(xué)模型與實(shí)際系統(tǒng)不符，交、直流功率不守恒，所設(shè)計(jì)的控制系 統(tǒng)失效。 類比三相交流電機(jī)系統(tǒng)，在三相電力系統(tǒng)中，要將三相靜止 abc 坐標(biāo)系下的電量轉(zhuǎn)換至同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系下，先要將 abc 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相靜止 ?? 坐標(biāo)系，再將 ?? 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成兩相同步旋轉(zhuǎn) dq 坐標(biāo)系，并得到坐標(biāo)變換矩陣。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 23 aebece RSLL aU bUcUSC?SRLR 圖 26 整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 上述結(jié)構(gòu)整流器，其電路模型也具有相應(yīng)特殊性。 不同的調(diào)制方式生成的 SPWM 波形，本質(zhì)上沒有區(qū)別，但在整流器的控制應(yīng)用時(shí)，希望盡量減少開關(guān)動(dòng)作，以降低開關(guān)損耗，同時(shí)具有電壓利用率高、調(diào)制比高、電流 THD 低、易于數(shù)字實(shí)現(xiàn)和控制，執(zhí)行時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn) [25]。 1 ( ) (1 sin )24 cc r DTT a t? ? ?? ? ? ? （ 27） 占空比為 / cDT?? （ 28） 4. 低次諧波消去法：以消去 PWM 波形中某些主要的低次諧波為目的的方法。 （ 2）規(guī)則采樣法：設(shè)三角波兩個(gè)正峰值間為一個(gè)采樣周期 cT 。其原理是將所希望獲得的波形作為調(diào)制波，將接受調(diào)制的波形作為載波，通過調(diào)制波對(duì)載波的調(diào)制得到 PWM波形。調(diào)制法將希望輸出的正弦波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過正弦調(diào)制波與載波比較得到所期望的 SPWM 波形。這些脈沖寬度相等，都等于 /N? ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。沖量指窄脈沖的面積。通過控制使電路穩(wěn)定在 B 點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)單位功率 因數(shù)整流?？芍?I與 E 的方向一致， PWM 整流器的輸入呈純阻性；U 的端點(diǎn)在 C時(shí)（圖 22c）， I 較電動(dòng)勢(shì)矢量 E 超前 90176。不計(jì)開關(guān)和線路損耗，理想情況下，電路輸入輸出滿足功率守恒定律： dc dcEI U I? （ 21） 為便于分析和建模，忽略 PWM 控制的諧波分量，不考慮電感和開關(guān)管的寄生參數(shù)，分析整流器在理想工作狀態(tài)下的運(yùn)行方式。因?yàn)殡娔艿碾p向傳輸，當(dāng) PWM 整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，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(shí)，運(yùn)行于有源逆變工作狀態(tài)。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(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)調(diào)節(jié)的控制方法。 2. 系統(tǒng)建模與分析： 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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。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(shí)現(xiàn)輸入交流電流在幅值和相位上的零靜差控制。本文僅針對(duì)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。電壓 矢量控制的關(guān)鍵是 要 通過 對(duì) 電網(wǎng)電壓信號(hào)的檢測(cè) 來取得 同步信號(hào)，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。 （ 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 。 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)。 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(jiǎn)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(jì)論文 11 量，而且對(duì)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(dòng)能量向電網(wǎng)的回饋，造成大量的能源浪費(fèi)。 此外，隨著新型飛機(jī)變頻電源系統(tǒng)對(duì)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。由 115V/360Hz～ 800Hz飛機(jī)變頻電源直接驅(qū)動(dòng)的異步電機(jī)，工作在變頻恒壓輸入狀態(tài)。諸多實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)證明了變頻供電系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，目前，國內(nèi)也在積極將變頻供電系統(tǒng)付諸實(shí)踐 [6]。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。 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(jì)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(jì)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(jì)算 ........................................... 27 開關(guān)器件的選擇 ........................................ 27 交流測(cè)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(jì) ......................................... 34 電壓外環(huán)控制器設(shè)計(jì) ......................................... 39 第四章 基于 Saber 的 PWM 整流器電路仿真 ............................. 44 Saber 軟件簡(jiǎn)介 ............................................. 44 Saber 仿真模型 ............................................. 44 仿真驗(yàn)證 .................................................... 46 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 VII 頻率變化時(shí)仿真結(jié)果 .................................... 46 負(fù)載變化時(shí)仿真結(jié)果 .................................... 54 本章小結(jié) ................................................... 55 第五章 論文總結(jié) ..............................................