dq坐标下三相电压源SPWM逆变器双闭环控制策略研究.doc

dq坐标下三相电压源SPWM逆变器双闭环控制策略研究 默认分类 2008-06-13 19:15:05 阅读902 评论9 ??字号：大中小?订阅 第一章???????? 绪 论 §1.1? 研究意义 随着信息技术的发展，逆变电源越来越广泛地应用于银行、证券、军事、医疗、航空航天等领域，小到变频冰箱、变频空调，大到航空领域的机载设备、各种发电设备，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性能指标。同时，在日常的生产生活中，我们都要用到50Hz交流市电电源，一旦市电电源中断供电，会给我们学习、生活、工作带来很大的不便，甚至是造成巨大的损失，所以一个备用的电源系统必不可少。而一个备用的电源系统的电能储备装置通常为电池，要使其给我们的电器供电，直流到交流的转换是必须的。早期的逆变电源，只要其输出不断电、稳压、稳频即可，然而，今天的逆变电源在性能指标方面有了更高的要求。其中电压电流双闭环控制技术就是高性能逆变电源波形控制的发展方向之一。所以对三相电压源PWM逆变器的双闭环控制方法的研究具有非常重要的 §1.2? 三相电压源逆变技术的发展现状及应用前景 逆变技术的原理早在1931年就有人研究过，从1948年美国西屋电气公司研制出第一台3kHz感应加热逆变器至今已有60年历史。 随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多种先进且易于控制的功率器件。控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。 同时随着石油、煤、天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。利用新能源的关键技术——逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位[1]。 §1.3? 论文的主要内容 本文为dq坐标下三相电压源SPWM逆变器双闭环控制策略研究，要求产生PWM信号控制三相桥式逆变电路的开关管的导通与截止，实现DC/AC的逆变，并将三相电压电流信号在dq 坐标系中采用电压电流双闭环控制，设计PID控制器，分析计算，选取PI参数，对整个系统进行校正，使其达到性能最优。 文章第一章简述了本次设计的意义和三相电压源逆变技术的发展现状以及应用前景；第二章介绍了三相电压源逆变器的工作原理，其中包含了对逆变电源的概念、三相电压源逆变电路、PWM（脉冲宽度调制）技术、SPWM（正弦脉宽调制）技术的介绍；第三章重点介绍了PID控制方法；第四章介绍了基于dq变换下逆变器双闭环控制系统的设计，简述了dq变换的基本原理，控制电路的设计以及控制参数的计算与整定；第五章介绍了借助于MATLAB仿真工具对整个系统进行模型的建立与仿真，并对仿真结果进行分析；第六章给出了本课题设计的一些结论与完善建议。 第二章???????? 三相电压源SPWM逆变器的 基本原理 §2.1? 逆变电源的概念 逆变器是通过半导体功率开关的开通和关断作用，把直流电能转变成交流电能的一种变换装置，是整流变换的逆过程。逆变器的输入是直流电，输出交流电，交流输出电压基波频率和幅值都应能调节控制，输出电压除基波成分外，还可能含有一定频率和幅值的谐波。逆变器由主电路和控制系统两部分组成[2]。 ?2.1.1? 电力电子开关器件的选择 ?开关器件发展很快，目前被用于现代逆变电路的电力电子可自关断开关器的种类也很多。在这些器件中，有些是我们熟悉的，如可关断晶闸管、晶体管、功率场效应晶体管（VMOSFET）等，有些则是新型器件，应用还不是太普遍，如绝缘门极双极晶体管（IGBT）、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）、MOS控制晶闸管（MCT）等。随着电力电子技术的发展，有的开关器件将逐步被相应的、性能更加优越的新型器件所替代。 ??? 大功率开关器件的发展是电力电子技术发展的标志，同样也是现代逆变技术发展的基础。大功率电力电子开关器件从普通晶闸管（俗称可控硅SCR）到可关断晶闸管（GTO）和大功率晶体管（GTR）已经是一个飞跃