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软开关技术在变频器中的应用

论文编号:ZD385 论文字数:38497,页数:79，有开题报告，任务书，文献综述

摘要

谐振软开关技术是近年来电力电子学领域中的一个热门话题。对软开关（soft-switching）理论的深入研究，以及软开关技术的广泛应用，使电力电子变换器的设计出现了革命性的变化。软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率（自身损耗大大降低）、更高的功率密度（自身体积、重量大大减小）和更高的可靠性，并可有效地减小电能变换装置引起的电磁污染（EMI）和环境污染（噪声等），为在21世纪大力发展绿色（无公害或低公害）电力电子产品提供了有效的方式和方法.
本文首先对谐振软开关技术的研究现状和各种主要的拓扑结构进行了分析、综合、总结，指出了各自的优缺点；着重对并联谐振直流环电路的工作原理、电路工作模式、软开关实现机理及谐振参数的确定等进行了深入详尽的分析；利用DSP的灵活调节特点，有效地简化了并联谐振直流环软开关逆变系统的控制环节设计.
　　其次，本文对采用SPWM调制策略的全桥逆变器电路的工作原理、电路工作模式、正弦波产生过程、及参数的确定等进行了深入研究和分析。着重对载波为半波、三角波、半波、锯齿波的单相三阶 SPWM逆变器的输出电压的谐波处理、载波比N的数值选择、调制比M对输出波形的影响等进行了研究.
　　对数字 PID控制器的理论和应用，本文也进行了研究，推导出离散化的 PID增量式控制算式，并就此探讨了在DSP实现数字PID调节过程中，截断误差对输出电压的影响，提出了改进的 PID调节方法，进而建立起基于 DSP实现的、应用于本逆变电源的数字PID电压反馈器.
　　在控制实现方面，对采用数字信号处理（DSP）实现的数字控制技术进行了深入研究，将SPWM调制策略和数字PID控制器等内容与数字信号处理器（DSP）相结合，完成了整个逆变电源系统的控制部分的软件和硬件的设计制作调试.
关键词：并联谐振直流环；逆变器；软开关；数字信号器

Abstract

Resonant soft-switching technique is a hot topic in the power electronics field recently. It has improved the design of the power electronic converter greatly because of the deep research and widespread application of the soft-switching theory. Soft-switching technique can make the converter more efficiency, more power density, and more reliability．It can decrease the EMI caused by power converter and environment pollution (noise, etc) effectively. So it is necessary to do deep research for the resonant soft-switching technique.
Firstly, this paper analyzes and summarizes the research situation of resonant soft-switching technique and main topologies. And it indicates the main advantages and disadvantages. Then it pays more attention to analyze the parallel resonant DC link circuit theory and operating modes. It also analyzes how the resonant circuit realizes the resonant process. This paper also simplifies the control part design of the parallel resonant DC link soft-switching inverter by DSP.
Secondly, this paper analyzes the operating principle of the SPWM modulation strategy for the full bridge inverter deeply. And it also analyzes the sine wave producing process. It also gives the parameters of the resonant components. And then the output voltage harmonic for the single-phase three-level SPWM inverter under the half triangular and half saw-tooth carrier wave is studied. It also discusses how to select the carrier ratio N and the effects to the output wave by modulation ratio M.
Thirdly, this paper studies the digital PID theory and its application and then deduces the discrete PID incremental control formula. The paper also discusses the effect caused by truncation error for output voltage and then derives the improved PID regulation method. Based on the conclusion, the paper establishes the digital PID voltage feedback controller. In the aspect of the control realization, this paper studies the digital control technique with digital signal processor (DSP).And then the SPWM modulation strategy and digital PID controller with digital signal processor (DSP) technique are united. This paper also finishes designing and debugging software and hardware of the whole inverter system control part.
Keyword: Parallel resonant DC link；inverter； soft-switching； DSP
目录

摘要 ………………………………………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 ………………………………………………………………………………… Ⅱ
第1章前言 ………………………………………………………………………………1
1.1 引言 ………………………………………………………………………………1
1.2 电力电子技术的发展………………………………………………………………1
1.2.1 路基本电路的概念 …………………………………………………………1
1.2.2 硬开关功率变换电路及其局限性 …………………………………………2
1.2.3 软开关功率变换器电路的提出及发展 ……………………………………2
1.2.4 并联谐振直流环节变换 ……………………………………………………3
1.3 研究内容 …………………………………………………………………………3
1.4 本章小结 …………………………………………………………………………3
第2章软开关谐振变换技术的基本原理与发展…………………………………4
2.1 软开关的种类 ……………………………………………………………………4
2.2 软开关谐振变换技术的发展 ……………………………………………………4
2.2.1 谐振的基本原理 …………………………………………………………4
2.2.2 准谐振与多谐振变换器 ……………………………………………………6
2.2.3 零电流开关(ZCSPWM)与零电压开关(ZVSPWM)变换器 ………………6
2.2.4 直流环节谐振型逆变器RDCLI ……………………………………………7
2.3 本章小结 …………………………………………………………………………8
第3章三相软开关SAPWM逆变器主电路结构与动作分析…………………9
3.1 三相软开关SAPWM逆变器主电路原理…………………………………………9
3.2 工作模式及其数学分析 …………………………………………………………10
3.3 系统概述 …………………………………………………………………………14
3.3.1 系统总体结构图……………………………………………………………14
3.3.2 硬件部分……………………………………………………………………14
3.3.3 软件部分……………………………………………………………………15
3.4 本章小结 …………………………………………………………………………15
第4章基于DSP的数字控制器硬件系统…………………………………………16
4.1 引言 ………………………………………………………………………………16
4.2 TMS320LF2407芯片概述 ……………………………………………………16
4.3 数字控制器的硬件平台 …………………………………………………………18
4.3.1 电源管理单元 ……………………………………………………………18
4.3.2 扩展RAM单元……………………………………………………………19
4.3.3 JTAG仿真接口 …………………………………………………………19
4.3.4 系统复位单元 ……………………………………………………………19
4.3.5 信号调理单元 ……………………………………………………………19
4.3.6 可编程逻辑单元 …………………………………………………………20
4.3.7 故障保护单元 ……………………………………………………………20
4.4 小结 ………………………………………………………………………………21
第5章软开关逆变电源的软件设计 ………………………………………………22
5.1 引言………………………………………………………………………………22
5.2 系统软件流程图 ………………………………………………………………22
5.3 各功能模块介绍…………………………………………………………………23
5.3.1 SPWM模块 ………………………………………………………………23
5.3.2 数据采集A/D模块 ………………………………………………………25
5.3.3 数制转换模块 ……………………………………………………………30
5.3.4 数字PID模块 ……………………………………………………………31
5.3.5 RSC模块 …………………………………………………………………35
5.4 小结 ………………………………………………………………………………38
本文工作总结 …………………………………………………………………………39
参考文献 …………………………………………………………………………………40
致谢 ……………………………………………………………………………………41
附录: 控制程序清单 ……………………………………………………………………45

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