交流傳動課程設(shè)計20137834

1、課程名稱：交流傳動課程設(shè)計設(shè)計題目：單相二電平整流器主電路及控制院系：電氣工程系專業(yè)：電力機車年級：2013級姓名：樊珂指導(dǎo)教師：丁菊霞西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2016年11月1 .背景介紹能源短缺和環(huán)境污染是人類當(dāng)前面臨的共同的世紀(jì)性難題。對于電力機車整流環(huán)節(jié)，常規(guī)廣泛采用二極管整流電路或晶閘管相控整流電路，交流側(cè)功率因數(shù)較低，諧波污染大，對電網(wǎng)的污染嚴(yán)重。而采用PWM整流電路，通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，可以使輸入電流接近正弦波且與電壓同相位，功率因數(shù)近似為1,還可以實現(xiàn)電能全的雙向流動，適合機車牽引傳動應(yīng)用場合。本文建立了墓于理想開關(guān)函數(shù)的單相兩電平PWM整流器主電路的數(shù)學(xué)模型，并采用Matlab/

2、Simulink進(jìn)行了計算機仿真。2 .課程設(shè)計目的本次課程設(shè)計的主要目的是通過對兩電平脈沖整流器的工作原理及主電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，進(jìn)行仿真模擬。通過對不同的控制方法的控制步驟進(jìn)行計算機仿真，并針對不同的實際運用情況進(jìn)行模擬得由結(jié)論，以此加深對兩電平脈沖整流器的的了解和認(rèn)知。3 .電路結(jié)構(gòu)和原理單相電壓型兩電平PWM整流器主電路如圖1所示，其中，LN為網(wǎng)側(cè)漏感，Cd為支撐電容，電感L2和電容C2形成二次濾波環(huán)節(jié)。把開關(guān)器件這里采用IGBT）視為理想開關(guān)元件，定義理想開關(guān)函數(shù)Sa和Sb,從而得到如圖2所示簡化等效電路。朗1兩電平PWM整流器主電路SA=1代表T1或D1導(dǎo)通；SA=0代表T2或D2

3、導(dǎo)通SB=1代表T3或D3導(dǎo)通；SB=0代表T4或D4導(dǎo)通fflz兩電平PWMfl流器等效電路則可得由基于理想開關(guān)函數(shù)的兩電平PWM整流器的主電路數(shù)學(xué)模型，其中Uc2為二次濾波電容C2上77也(V的電壓。kl32at由r一必24 .控制方法PWM整流器的控制對象是輸人電流和輸由電壓，而電流控制是整個控制系統(tǒng)的核心部分，電流控制的性能決定了整個系統(tǒng)的性能。本文采用了瞬態(tài)電流控制策略，和預(yù)測電流控制方法。1 .瞬態(tài)直接電流控制根據(jù)整流器的工作原理和理想數(shù)學(xué)模型，采用瞬態(tài)電流控制的具體的數(shù)學(xué)公式如下。，N尸-&)+1/山，N2=/必/Un*/、-l2+【N(乃-COSfiX-G?八sinoX

4、N卜面是瞬態(tài)直接電流控制實現(xiàn)的模塊圖Functionl2 .預(yù)測直接電流控制由于電流采樣周期及PWM控制延時的存在，使PWM整流器的電流控制存在滯后的現(xiàn)象，這將影響電流跟蹤控制的動態(tài)性能，由于電流控制的最小延時至少需要一個PWM開關(guān)周期，因此預(yù)測電流控制的思想就是經(jīng)過一個PWM開關(guān)周期T,使網(wǎng)側(cè)電流和指令電流相等。忽略網(wǎng)側(cè)等效電阻的大小，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為。IN=KPU；-Ud1/TU；-Uddtuabt=unt-'INsinwt-int1TsF面是預(yù)測直接電流控制實現(xiàn)的模塊圖ConstantlMathFuHdiant5 .仿真模擬matlab進(jìn)行仿真模擬的電路原理圖S-SCfMZ此圖為瞬

5、態(tài)電流控制下面是使用此圖為預(yù)測直接電流控制電路的參數(shù)設(shè)置如下：電源電壓峰值380v,網(wǎng)壓頻率為50Hz,網(wǎng)側(cè)電感Ln=5mH,直流側(cè)電容Cd=3300uF,二次濾波電感L2=0.84mH,負(fù)載電阻RL=10歐姆，PI參數(shù)Kp=0.1,K1=10,載波比N=10o下面是瞬態(tài)電流控制與預(yù)測直接電流控制的仿真運行結(jié)果1 .網(wǎng)側(cè)電流電壓波形分析此圖為瞬態(tài)電流控制的網(wǎng)側(cè)電流電壓波形此圖為預(yù)測直接電流控制方式的網(wǎng)側(cè)電流電壓波形，由此可以看由，采用瞬態(tài)電流控制與預(yù)測直接電流控制均能實現(xiàn)輸入的電流電壓同相位，即實現(xiàn)功率因數(shù)為1的設(shè)計目的。2 .整流輸入電壓波形與輸由電壓波形6000.770,7750,7

6、74;0,7950.70,7950.80.905600此圖為瞬態(tài)電流控制的整流輸入電壓波形此圖為預(yù)測直接電流控制的整流電壓輸入波形此圖為瞬態(tài)電流控制的輸由電壓波形6005OD4003002001000此圖為預(yù)測直接電流控制的輸由電壓波形通過分析波形可以看由，這兩種控制方法均能較好的實現(xiàn)兩電平脈沖整流器的控制，輸由的電壓穩(wěn)定值符合要求，且波形穩(wěn)定。3 .網(wǎng)側(cè)電壓波動時輸由電壓穩(wěn)定性的仿真實驗下面是模擬網(wǎng)側(cè)電壓在以380v為峰值電壓，網(wǎng)側(cè)電壓峰值上下浮動時此兩電平脈沖整流器（瞬態(tài)電流控制）保持正常電壓輸由的電壓波動極限范圍。下限范圍：下面依次是峰值300v,200v,150v,100V的輸曲波形圖

7、q孫網(wǎng)側(cè)峰值150v網(wǎng)側(cè)峰值100V通過對上圖分析，在網(wǎng)側(cè)電壓峰值降到100V時，輸由電壓波形已經(jīng)不能保持穩(wěn)定的設(shè)計輸由電壓，所以可以得由以下結(jié)論，在上述情況下，此兩電平脈沖整流器能保持正常電壓輸曲波形的下限電壓是150V左右。上限范圍：卜面依次是480v580v680V20D網(wǎng)側(cè)峰值480v網(wǎng)側(cè)峰值580v網(wǎng)側(cè)峰值680v通過上面的圖像分析，在網(wǎng)側(cè)電壓峰值不斷增加的情況下，此脈沖整流器能保持設(shè)計的輸由電壓值穩(wěn)定輸由，但是，達(dá)到穩(wěn)定輸由電壓前的輸由峰值與網(wǎng)側(cè)峰值正相關(guān)，顯然上限收到元器件本身的耐壓限制綜上所述，此兩電平脈沖整流器面對正常的網(wǎng)側(cè)電壓波動完全能夠通過自身的閉環(huán)控制調(diào)節(jié)輸由電壓穩(wěn)定在設(shè)計的值，能夠達(dá)到實際的運用要求。6.總結(jié)與收獲通過這次的交流傳動課程設(shè)計，鞏固了對兩電平脈沖整流器工作原理及控制方法的認(rèn)識。通過運用matlab進(jìn)行仿真模擬，將理論與實踐相結(jié)合，讓抽象的理論有了一個形象的表達(dá)。兩種電流控制方式的模擬仿真讓我更加深入的認(rèn)識了這兩種控制技術(shù)的控制思想。