交流传动课程设计20137834

1、课程名称：交流传动课程设计设计题目：单相二电平整流器主电路及控制院系：电气工程系专业：电力机车年级：2013级姓名：樊珂指导教师：丁菊霞西南交通大学峨眉校区2016年11月1 .背景介绍能源短缺和环境污染是人类当前面临的共同的世纪性难题。对于电力机车整流环节，常规广泛采用二极管整流电路或晶闸管相控整流电路，交流侧功率因数较低，谐波污染大，对电网的污染严重。而采用PWM整流电路，通过适当的控制策略，可以使输入电流接近正弦波且与电压同相位，功率因数近似为1,还可以实现电能全的双向流动，适合机车牵引传动应用场合。本文建立了墓于理想开关函数的单相两电平PWM整流器主电路的数学模型，并采用Matlab/

2、Simulink进行了计算机仿真。2 .课程设计目的本次课程设计的主要目的是通过对两电平脉冲整流器的工作原理及主电路的结构进行研究，进行仿真模拟。通过对不同的控制方法的控制步骤进行计算机仿真，并针对不同的实际运用情况进行模拟得由结论，以此加深对两电平脉冲整流器的的了解和认知。3 .电路结构和原理单相电压型两电平PWM整流器主电路如图1所示，其中，LN为网侧漏感，Cd为支撑电容，电感L2和电容C2形成二次滤波环节。把开关器件这里采用IGBT）视为理想开关元件，定义理想开关函数Sa和Sb,从而得到如图2所示简化等效电路。朗1两电平PWM整流器主电路SA=1代表T1或D1导通；SA=0代表T2或D2

3、导通SB=1代表T3或D3导通；SB=0代表T4或D4导通fflz两电平PWMfl流器等效电路则可得由基于理想开关函数的两电平PWM整流器的主电路数学模型，其中Uc2为二次滤波电容C2上77也(V的电压。kl32at由r一必24 .控制方法PWM整流器的控制对象是输人电流和输由电压，而电流控制是整个控制系统的核心部分，电流控制的性能决定了整个系统的性能。本文采用了瞬态电流控制策略，和预测电流控制方法。1 .瞬态直接电流控制根据整流器的工作原理和理想数学模型，采用瞬态电流控制的具体的数学公式如下。，N尸-&)+1/山，N2=/必/Un*/、-l2+【N(乃-COSfiX-G?八sinoX

4、N卜面是瞬态直接电流控制实现的模块图Functionl2 .预测直接电流控制由于电流采样周期及PWM控制延时的存在，使PWM整流器的电流控制存在滞后的现象，这将影响电流跟踪控制的动态性能，由于电流控制的最小延时至少需要一个PWM开关周期，因此预测电流控制的思想就是经过一个PWM开关周期T,使网侧电流和指令电流相等。忽略网侧等效电阻的大小，其数学表达式为。IN=KPU；-Ud1/TU；-Uddtuabt=unt-'INsinwt-int1TsF面是预测直接电流控制实现的模块图ConstantlMathFuHdiant5 .仿真模拟matlab进行仿真模拟的电路原理图S-SCfMZ此图为瞬

5、态电流控制下面是使用此图为预测直接电流控制电路的参数设置如下：电源电压峰值380v,网压频率为50Hz,网侧电感Ln=5mH,直流侧电容Cd=3300uF,二次滤波电感L2=0.84mH,负载电阻RL=10欧姆，PI参数Kp=0.1,K1=10,载波比N=10o下面是瞬态电流控制与预测直接电流控制的仿真运行结果1 .网侧电流电压波形分析此图为瞬态电流控制的网侧电流电压波形此图为预测直接电流控制方式的网侧电流电压波形，由此可以看由，采用瞬态电流控制与预测直接电流控制均能实现输入的电流电压同相位，即实现功率因数为1的设计目的。2 .整流输入电压波形与输由电压波形6000.770,7750,7

6、74;0,7950.70,7950.80.905600此图为瞬态电流控制的整流输入电压波形此图为预测直接电流控制的整流电压输入波形此图为瞬态电流控制的输由电压波形6005OD4003002001000此图为预测直接电流控制的输由电压波形通过分析波形可以看由，这两种控制方法均能较好的实现两电平脉冲整流器的控制，输由的电压稳定值符合要求，且波形稳定。3 .网侧电压波动时输由电压稳定性的仿真实验下面是模拟网侧电压在以380v为峰值电压，网侧电压峰值上下浮动时此两电平脉冲整流器（瞬态电流控制）保持正常电压输由的电压波动极限范围。下限范围：下面依次是峰值300v,200v,150v,100V的输曲波形图

7、q孙网侧峰值150v网侧峰值100V通过对上图分析，在网侧电压峰值降到100V时，输由电压波形已经不能保持稳定的设计输由电压，所以可以得由以下结论，在上述情况下，此两电平脉冲整流器能保持正常电压输曲波形的下限电压是150V左右。上限范围：卜面依次是480v580v680V20D网侧峰值480v网侧峰值580v网侧峰值680v通过上面的图像分析，在网侧电压峰值不断增加的情况下，此脉冲整流器能保持设计的输由电压值稳定输由，但是，达到稳定输由电压前的输由峰值与网侧峰值正相关，显然上限收到元器件本身的耐压限制综上所述，此两电平脉冲整流器面对正常的网侧电压波动完全能够通过自身的闭环控制调节输由电压稳定在设计的值，能够达到实际的运用要求。6.总结与收获通过这次的交流传动课程设计，巩固了对两电平脉冲整流器工作原理及控制方法的认识。通过运用matlab进行仿真模拟，将理论与实践相结合，让抽象的理论有了一个形象的表达。两种电流控制方式的模拟仿真让我更加深入的认识了这两种控制技术的控制思想。