三电平逆变器设计-郭仁昭

分类号TM464密级公开UDC单位代码10146学号硕士学位论文三电平逆变器设计研究生姓名：郭仁昭指导教师：副教授工作单位：辽宁科技大学论文提交日期：2016年1月7日答辩日期：2016年1月9日学位授予日期：授予单位：辽宁科技大学论文评阅人：副教授工作单位：辽宁科技大学论文评阅人：高工工作单位：荣信电力电子股份有限公司答辩委员会主席：教授工作单位：Thedesignofthree-levelinverterAthesisSubmittedtoUniversityofScienceandTechnologyLiaoningbyGuoRenzhao(MajoringinControlTheoryandControlEngineering)Supervisor:Prof.WangYufengJanuary8,2016i创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得辽宁科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：郭仁昭日期：2016年01月10日关于论文使用授权的说明本人完全了解辽宁科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本学位论文属于：保密□在年解密后适用本授权书。不保密√（请在以上方框内打“√”）论文作者签名：郭仁昭日期：2016年01月10日指导教师签名：日期：2016年01月10日中文摘要ii中文摘要三电平逆变器在大容量、高压的场合得到了越来越多的应用。三多电平逆变器的多种控制策略中，空间矢量调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点，成为人们关注的热点。本文首先介绍了二极管钳位型三电平逆变器的拓扑结构和基本工作原理、空间电压矢量(SVPWM)算法应用。然后，以上述原理为基础，研究了三电平逆变器SVPWM软件控制算法。建立了三电平逆变器系统数学模型，基于对控制对象的状态反馈解耦,提出把直流电机的双闭环控制应用于三电平逆变器中，使其具有良好的动态性能和稳态性能，并且保证输出电压波形正弦性高。经过理论研究后，采用MATLAB/SIMULINK搭建了系统的仿真模型，实现了基于SVPWM算法的控制策略，通过仿真验证了该系统的可行性。利用实验室资源，综合搭建了二极管钳位型三电平逆变器硬件电路结构，主要包括主电路和隔离驱动电路，FPGA编程采用Altera的EP2C80208C型芯片，包括SVPWM控制策略的编程。通过硬件和软件的不断调试，分析得到的实验波形和数据，证明了课题设计的SVPWM控制策略的正确性，得到良好的电压波形。关键词：三电平逆变器;空间矢量调制;FPGA;MATLABABSTRACTiiiABSTRACTThree-levelinverterhavebeenwidelyusedinhigh-voltageandhigh-Powerapplicationfields.Amongmanyofitsmodulationstrategies,SpaceVectorModulationhasbeenoneofthemostpopularresearchpoints.Themainadvantagesofthestrategyarethefollowing:itprovideslargerundermodulationrangeandofferssignificantflexibilitytooptimizeswitchingwaveforms;itiswellsuitedforimplementationonadigitalcomputer:ithashigherDCvoltageutilizationradio.Firstly,thispaperdescribesthetypeofthree-levelinvertertopology,thebasicworkingprincipleofvoltagespacevector(SVPWM)algorithm.Then,basedontheaboveprinciple,thesoftwarecontrolalgorithmofSVPWMisstudied.Amathematicalmodelofthethree-levelinverterwassetup.Basedonthestatefeedbackdecoupling,thedual-close-loopcontrolofDCmotorisappliedtothree-levelinverter.Asaresult,thethree-levelinverterhasfavorabledynamicandsteadystateperformance,sinusoidaloutputcurrent.Afteratheoreticalstudy,simulationmodelofthesystemissetuptoachievetheSVPWMalgorithmusingMATLAB/SIMULINK.Theresultsshowthefeasibilityofthealgorithm.Usinglaboratoryresources,acomprehensivehardwarecircuitforthree-levelinverterisbuilt,includingthemaincircuitandisolationdrivecircuit.ThesoftwareiscontrolledbythetypeofFPGAchipEP2C80208C,includingSVPWMmodulationprogramming.Continuouslythroughhardwareandsoftwaredebugging,waveformanalysisanddatafromexperimentsprovethecorrectnessofthedesignoftheSVPWMcontrolstrategyissues,andvoltagewaveformisobtained.KeyWords:Three-levelinverter,SpaceVectorPulseWidthModulation(SVPWM),FPGA,MATLAB目录iv目录创性声明........................................................i关于论文使用授权的说明..........................................i中文摘要....................................................iiABSTRACT......................................................iii1.绪论.........................................................11.1课题的研究背景及现状....................................11.2三电平逆变器的拓扑结构..................................21.2.1飞跨电容箝位型三电平逆变器........................21.2.2级联型三电平逆变器................................31.2.3二极管箝位型逆变器................................41.3三电平逆变器的控制策略..................................51.4本论文研究目的及主要内容................................52.逆变电路拓扑结构及坐标转换....................................72.1逆变电路的拓扑结构和工作原理............................72.1.1二极管钳位式逆变电路的拓扑结构....................72.1.2二极管钳位式逆变电路的工作原理....................82.2坐标转换...............................................102.2.1Clark转换.......................................102.2.2Park转换........................................113.三电平逆变器SVPWM控制策略...................................123.1三电平逆变器SVPWM策略.................................123.2参考矢量区域判断.......................................133.2.1大扇区判断.......................................133.2.2小扇区判断.......................................143.3空间矢量作用时间的计算.................................153.4空间矢量顺序确定.......................................193.5中点电压不平衡分析.....................................204.三电平逆变器的MATLAB仿真....................................234.1矩阵实验室简介.........................................234.2三电平逆变器的MATLAB仿真..............................234.3LC滤波器分析..........................................284.4突加负载电压电流稳定性分析.............................315.三电平逆变器的实现...........................................335.1三电平逆变器硬件系统...................................335.1.1电磁兼容性设计...................................335.1.2硬件电路设计.....................................335.2三电平逆变器软件系统...................................375.3三电平逆变器实验波形...................................41结论及展望.....................................................44参考文献.......................................................45攻读硕士学位期间发表学术论文情况...............................48目录v致谢.......................................................49作者简介........................................错误