特定消谐式逆变器输出电压控制技术的研究

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传动技术是机电一体化技术的核心技术之一,变频调速是传动技术的重要组成部分。以PWM逆变器为核心的变频器广泛地应用于变频调速系统,因此PWM逆变器的研究在机电一体化领域受到重视。特定消谐技术具有降低功率器件的开关频率、有效地消除低次谐波、提高电压利用率、改善输出波形质量等优点,将特定消谐技术应用于 PWM逆变器可以构成特定消谐式逆变器。为了将特定消谐式逆变器应用于工程实际,本文在综述了各种PWM技术的基础上对其输出电压控制技术的关键问题进行了深入的分析与研究。  系统地分析了电压型PWM逆变器在理想情况时的主电路结构、负载性质和输出电压控制方式的各种组合所对应的输出电压波形,以得出各种组合的存在性和对PWM逆变器输出电压影响的规律,为特定消谐式逆变器理想输出电压和实际输出电压的研究提供了参考。  针对特定消谐式逆变器的不同主电路和不同输出电压控制方式总结出开关角的多种初值规律,为开关角的计算提供了必要的前提。根据所给的迭代初值,通过数值计算,得到开关角随基波幅值变化的轨迹及开关角在某一基波幅值下的具体数值。通过对各种情况时输出电压的谐波分析,得出谐波的分布规律和总谐波畸变率。得到各种情况时特定消谐式逆变器的电压转换系数,为特定消谐式逆变器的实际应用提供了依据。利用上述结果对特定消谐式逆变器进行了电路仿真,给出了电压、电流的仿真波形及其谐波分布。  分析了特定消谐式逆变器的换流机理,根据特定消谐式逆变器理想输出电压基波和各次谐波的幅值公式和死区的加入方式得到加入死区后特定消谐式逆变器实际输出电压基波和各次谐波的幅值公式。系统地分析了死区对基波和各次谐波的影响,对死区效应进行了数字仿真。根据特定消谐式逆变器的特点提出了基于修正开关角的死区补偿策略,并进一步提出了无死区控制策略,简化了特定消谐式逆变器的死区补偿问题。  分析了特定消谐式逆变器中窄脉冲的特点及分布规律。为了使特定消谐式逆变器便于工程实现,采用将构成窄脉冲的开关角对省略或展宽至最小脉宽的优化策略。对于具体的开关角数和基波幅值,可根据优化后的谐波情况选择效果最佳的一种优化策略。窄脉冲问题的解决有利于充分发挥特定消谐式逆变器电压利用率高的优点。  研究了特定消谐式变频器变压变频的基本原理和电路实现,给出了基于角度和基于存储单元的开关角存储格式的转换方式,分别设计了特定消谐式变频器应用于火电厂和电动车的电路。实验结果表明,特定消谐式变频器有明显的节能效果,对电网冲击小,并且可以实现灵活、平稳的调速。  本文的研究成果对特定消谐式逆变器的工程实现、应用与推广具有重要的理论意义和工程价值,将对提高机电一体化系统的性能和效率起到巨大的推动作用,可以获得良好的经济效益和社会效益。
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