【導讀】師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文。不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位。印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。合國家技術標準規(guī)范。變頻供電降低了系統(tǒng)復雜度和維護難度，提高了系統(tǒng)功率密度、可靠性和使用壽命，成為多電飛機的技術熱點。針對變頻供電，分析了整流器的性能需求，確定了整流器系統(tǒng)結。構，建立了系統(tǒng)數學模型。以PWM整流器為重點，設計了電壓、電流的雙環(huán)控制。Saber軟件仿真模型，對變頻輸入的整流器進行了仿真分析。正確性和可行性。

　　

【正文】 實現對電流的 無靜差控制，并且易于實現對有功、無功電流的解耦控制 。 類比三相交流電機系統(tǒng)，在三相電力系統(tǒng)中，要將三相靜止 abc 坐標系下的電量轉換至同步旋轉 dq 坐標系下，先要將 abc 坐標系轉換到兩相靜止 ?? 坐標系，再將 ?? 坐標系轉換成兩相同步旋轉 dq 坐標系，并得到坐標變換矩陣。通過坐標變換矩陣將靜止 abc 坐標系下的各電量及方程轉換為同步旋轉 dq 坐標系下，即可導出三相 VSR在同步旋轉 dq 坐標系的數學模型。坐標系之間的變換關系如圖28所示 [10]。 qee? aedecebe ?t?Ee??q 本科畢業(yè)設計論文 26 圖 28 坐標系關系示意圖 以電壓變換為例， ae 、 be 、 ce 為交流輸入三相對稱正弦電壓，角頻率為 ? ，由靜止 abc 坐標系到靜止 ?? 坐標系的變換推導如式（ 219）。三相對稱系統(tǒng)中，由兩相電量可確定另外一相電量，故可選擇 ae 和 be 做變換，以減少交流電壓檢測電路，節(jié)省軟硬件資源。 12 0 12 012011 1122 2233 3322 22122330jjaa a ab jbace e e e e eeee e e ee?????? ?????? ? ? ? ??? ?????????? ??? ???? ?? ?????? = 123310 abee???????????? （ 219） 由圖 28得到靜止 ?? 坐標系到旋轉 dq 坐標系的電壓變換關系為： c o s s ins in c o sdqe ette e?????? ??????? ??????? ???? （ 220） 以上為電壓的坐標變換公式，電流的坐標變換公式與之相同。本文選用了等值坐標變換，即變換前后需保持電壓合成矢量的幅值不變，因而變換矩陣出現調整系數 2/3。一些文獻中使用等功率坐標變換，保證變換前后的電壓、電流乘積不變，這與等值變換在電路控制方面沒有本質區(qū)別。但控制系統(tǒng)設計時，各量值必須使用同一種變換，及相應逆變換，否則將因變換系數不同，造成數學模型與實際系統(tǒng)不符，交、直流功率不守恒，所設計的控制系 統(tǒng)失效。 由式（ 210）得回路電壓方程： a a a ab b b be i i udLRe i i udt? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 221） 將（ 221）帶入（ 219）得 123310 a a ab b be i i ui i uddL R L Re i i ui i ud t d t? ? ? ?? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? （ 222） 將（ 222）帶入（ 220）得 c os si nsi n c osdqe i i utt dLRe i i udt ? ? ?? ? ??? ???? ? ? ? ? ? ???? ? ????? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ??? ?? 本科畢業(yè)設計論文 27 c o s s in c o s s in c o s s ins in c o s s in c o s s in c o si i ut t t t t tdLR i i ut t t t t tdt ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? c os sin c os sinsin c os sin c os ddqqiuiit t t tddL L Rt t t tdt dt????? ? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ????? s in c o sc o s s ind d dq q qi i uittdL L Ri i uidt ????? ?? ? ? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ? ? ????????? ??? ? ? ? ? ? d d dqq q qdi i uidL L Ri i uidt ?? ? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ??????? ? ? ? ? ? （ 223） 其中， du 、 qu 表示輸入 VSR 的三相橋側電壓對應的 dq 軸基波分量，則 dq 坐標系中 VSR 的數學模型表達式為： dd d q dqq q d qdie L Ri L i udtdie L Ri L i udt??? ? ? ? ????? ? ? ? ??? （ 224） 取 d 軸正方向為電網電動勢矢量方向，則 d 軸表示有功分量參考軸，而 q 軸表示無功分量參考軸。在旋轉坐標系下，整流器有功功率和無功功率分別為： 3 ()23 ()2d d q qd q q dP e i e iQ e i e i? ?????? ???? （ 225） 功率電路參數計算 開關器件的選擇 功率器件常因過壓、過流和過溫而損壞，造成系統(tǒng)故障、崩潰，因此，保證功率器件穩(wěn)定可靠工作，是控制器硬件設計的關鍵任務之一。控制器主電路參數設計主要針對尖峰電壓的吸收，大電流的保護以及功率管散熱來進行 [8][9][12]。 為簡化系統(tǒng)結構和控制，整流橋和逆變橋選擇了同類型功率器件。圖 24中控制器的功率橋路，考慮安全系數 ? 后額定狀態(tài) 時直流環(huán)電壓為： 本科畢業(yè)設計論文 28 40 0 1. 1 44 0s d cu u V?? ? ? ? （ 226） IGBT 承受的最大關斷電壓為 6 倍的輸入線電壓，即 282V，過壓保護系數 ? 取，若取安全裕量 1? 取 ，則 IGBT 關斷峰值電壓 cepsU 值為 [26]： 1( 6 ) ( 2 8 2 4 4 0 1 . 1 5 ) 1 . 5 1 1 8 2c e p s LU U u V??? ? ? ? ? ? ? ? （ 227） 輸出級額定電流為 ，考慮逆變器帶電機負載，取 300%過載耐量和 200%的安全裕量，輸入級整流橋臂電流取為逆變橋 倍，選定 IGBT 額定電流： 1 4 .5 3 1 .5 6 5 .2 5IA? ? ? ? （ 228） 按此參數選擇臨近等級功率器件，具體型號為西門康公司 IGBT 模塊SKM400GB12T4，參數為 1200V/400A。 該模塊包含兩只功率 IGBT，內置反并聯(lián)續(xù)流二極管，可作為半橋一路橋臂，開關頻率高達 50kHz。開關頻率高，系統(tǒng)響應速度快，波形失真度小，且功率電路的磁性元件體積 和重量小，但高頻開關時分布電感、分布電容對電路的影響變得顯著，開關損耗也變大，電磁環(huán)境較差時，抗噪聲干擾能力顯著降低，開關頻率低則反之。因此，開關頻率應折衷選擇，不宜太高。本文選擇 IGBT 工作在 20kHz。 交流測輸入電感 三相 電壓型 PWM 整流器正常工作時，能量在交流側與整流橋之間流動并且儲存在交流側電感上，然后通過整流橋釋放到直流側，從而實現整流 [8][9][12]。 因此， 交流輸入電感在 PWM 整流器正常工作中，起著非常重要的作用。 串聯(lián)電感不僅能降低交流電流脈動，對整流器電流環(huán)的 動態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性也有重要影響，而且制約著 VSR 的輸入功率因數、直流電壓幅值及穩(wěn)定性、電路輸出功率和帶載能力等。設計電感參數時，本文主要依據穩(wěn)態(tài)交流電流的波形品質以及電流控制的快速性兩個技術指標進行 。 考慮電流控制的快速性時，有 [29]： 23 dcmUL I ?? （ 229） 考慮電流波形品質即畸變率時，有： m a x( 2 3 )2dc m m sdcU E E TL Ui?? ? （ 230） 即： 本科畢業(yè)設計論文 29 m a x( 2 3 ) 223dc m m s dcdc mU E E T ULU i I ?? ??? 其中， dcU 為直流電壓， mE 為輸入相電壓峰值， mI 為輸入相電流基波峰值，sT 為 PWM 開關周期， maxi? 為電流脈動最大允許量，取為峰值電流的 20%， ? 為交流電源角頻率，得整流器輸入 360Hz 時，可使系統(tǒng)性 能滿足要求的電感取值為：0 .7 7 4 5 .7 5m H L m H??。 此外，交流側電感作為整流器工作在升壓模式下的儲能元件，很大程度上決定了整流器輸出直流電壓的可調范圍。本文設計直流輸出電壓 400V，是電感選擇的一個參考。同時，電感偏大，電感電壓變化會影響交流輸入電壓，造成供電不穩(wěn)，影響整流器運行；電感偏小，電流脈動大、畸變率高，控制調整頻繁，工作不穩(wěn)定，也會造成整流器輸出電壓難以達到預期。 再考慮整流器輸入頻率在 360Hz～ 800Hz 變化的特殊性，在電感電流不變的條件下，電感電壓隨電感電流基波 頻率升高而增大，前述參數計算基于供電頻率360Hz 時，各參數需作調整計算。結合考慮以上因素，為了盡量降低交流側電流畸變，兼顧系統(tǒng)電流環(huán)控制性能，及電感的體積重量， 下 文 將對 電感大小 進行進一步 選擇。 直流側輸出電容 作為電壓型 PWM 整流器的標志，直流側輸出電容對整流器的影響主要是：（ 1）穩(wěn)定整流器輸出電壓；（ 2）抑制直流電壓脈動；（ 3）減小輸入紋波（直流母線上的 n 次諧波經過 PWM 調制后會在網側輸入電流中產生 1n? 次諧波，增大輸出電容使得直流側電壓 諧波含量減小，從而減小輸入側電流諧波含量）；（ 4）為交流側與直流側的負載進行能量交換提供緩沖空間；（ 5）輸出電容增大，抗負載擾動能力變強，但其響應速度也越慢 [8][9][12]。 當整流器在交流電源與直流負載間進行能量交換時，直流側濾波電容主要起緩沖作用，并穩(wěn)定直流側電壓，抑制直流側諧波。從滿足電壓外環(huán)控制的跟隨性指標來看，直流側的電容應盡量小，以確保直流側電壓的快速跟蹤控制；而從滿足電壓外環(huán)控制的抗擾性指標分析，直流側電容應盡量大，以限制負載擾動時的直流電壓動態(tài)降落 [29]。 考慮電壓跟隨性指標： 本科畢業(yè)設計論文 30 LtC R? （ 231） 其中： rmt 為 dcu 從初始值上升到額定值所用時間的最大值； LR 為直流側額定負載電阻?？紤]直流電壓的抗擾性指標： 12dc LC uR? ? （ 232） 12 0 .7 4rmdc L LtCu R R??? （ 233） 其中 *mu? 為 VSR 直流電壓最大動態(tài)跌落值。 取 100rmt ms? ， 20dcuV?? ，得：0 .7 8 4 .2 2m F C m F??。 直流電容的大小，不僅影響系統(tǒng)運行特性和控制特性，同時影響整流器的帶載能力。在開關頻率一定時，電容偏小，整流器控制調節(jié)動作快，但輸出電壓波動大，帶載能力弱； 電容偏大，整流器調節(jié)過程慢，瞬態(tài)特性不良，但帶載能力可以明顯提高。綜合以上因素，選擇 3300uF/450V 的電解電容作為直流電容。 本章小結 本章介紹了整流 器基本工作原理和 SPWM 控制技術，給出了整流器拓撲結構圖。詳細闡述了規(guī)則采樣法和異步調制方式的特點，基于拓撲結構建立了整流級在靜止 abc 和旋轉 dq 坐標系下的數學模型?；谥麟娐吠負?，設計了功率電路各元器件的參數，為第三章的控制系統(tǒng)設計和第四章的 系統(tǒng)仿真提供理論依據。 本科畢業(yè)設計論文 31 第三章 整流器控制結構 整流器的電流解耦控制 由式（ 224）給出的整流器穩(wěn)態(tài)模型可知，在 dq 坐標系下，對整流橋施加不同的橋側電壓 du 、 qu ，則可相應得到不同的