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1、分类号 学号 2003611310066学校代码 10487 密级 硕士学位论文移相调压阶梯波合成逆变器的研究62A Thesis Submitted in Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of ScienceResearch on staircase waveform inverterswith phase-shifted control technologyCandidate: Xiong ZhaochunMajor : Power Electronics and Electric DriveSuperviso
2、r: Professor Li XiaofanHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaApril, 2006 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同
3、意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权XXXX大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。 学位论文作者签名
4、： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在 年解密后适用本授权书。不保密。 本论文属于 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日III摘 要传统的大功率逆变电源一般采用SPWM调制方式，这种方式开关损耗大，效率低，电磁兼容性差，采用多重叠加方式的逆变电源
5、有效的克服了上述缺点。由于逆变器本身不具备调压功能，需要增加一级变换器实现直流环节调压或者通过两台逆变器移相调压。常用的可控整流调节方式输入端低次谐波比较严重、动态响应差，而高频DCDC变换调压则会给系统带来高频干扰。移相调压方式通过改变两台输出电压的相位差角，达到稳定系统输出电压，它本身不改变阶梯波逆变器的低频开关工作方式，因而高频干扰低，同时又能快速调节输出电压，达到较好的动态响应过程。本文首先分析了移相调压阶梯波合成逆变器工作原理，并对移相角与输出各次谐波的幅值，THD的关系做了详细的理论分析。根据逆变电源的实际电路结构，推导出了电源的动态模型，并利用该动态模型讨论系统的稳定性问题，确定
6、了调节器的设计参数，同时运用MATLAB对系统进行了仿真。接着以一台4.5kVA逆变器为例，详细分析设计了功率电路和控制电路。最后对所设计的装置进行了试验，给出了实测数据和波形。通过4.5kVA逆变器的研制，证明了采用移相调压阶梯波合成方案，控制电路简单，波形质量较好，从而为该技术在大功率场合下的应用做了技术储备。关键词: 逆变器 阶梯波合成 移相调压 CPLDAbstractThe basic advantages of multilevel inverters with staircase wave superposition technology are its simplicity f
7、or hardware realization and that their switching frequency is lower than a traditional SPWM inverter, which means they have reduced switching losses, increased system efficiency and reduced EMI emission. In phase-shifted control model, by changing the phase angle of the two inverters, the output req
8、uired fundamental voltage can be controlled without additional higher order harmonics and the fine dynamic performance can be achieved.At the point of keeping the quality of the output waves, staircase wave superposition scheme with phase-shifted control technology has a simple adjusting voltage cir
9、cuit and the system with this technology has a good reliability. Its principle is analyzed in this paper, and the relation of phase shifted angle, the amplitude of each harmonic content and the THD is also analyzed in detail. Then the system is simulated in MATLAB. In the end，this paper analyses and
10、 designs the power and the control circuit by taking a 4.5KVA inverter for an exampleIt is proved that the scheme of the staircase wave superposition technology with phase-shifted control technology has several advantages, through the developing of the 2KVA inverter. Its control circuit is very simp
11、le, and the quality of the output waves is very high. Accordingly this technology can be taken as a repertory used in high power condition.Keywords: Inverter Staircase wave superposition Phase- shift control CPLD目 录摘 要IAbstractII1 绪论1.1电力电子技术概述(1)1.2大功率逆变器的常用技术方案(5)1.3本文研究的主要内容(8)2 移相调压12阶梯波逆变器原理2.1
12、 12阶梯波逆变器原理(10)2.2移相调压基本原理(14)2.3移相调压阶梯波逆变器输出电压波形分析(15)2.4移相调压阶梯波逆变器动态特性研究(20)2.5小结(30)3逆变电源主功率电路分析3.1概述(31)3.2主功率电路分析(31)3.3输入整流滤波电路(32)3.4逆变部分电路设计(35)3.5小结(41)4控制电路部分设计4.1移相调压控制电路设计(42)4.2 CPLD及设计工具介绍(44)4.3 CPLD实现12阶梯波逆变器的控制电路(47)4.4小结(51)5试验结果5.1试验结果(52)5.2结论(57)全文总结(58)致 谢(60)参考文献(61)附录(攻读学位期间发
13、表论文目录)(64)1 绪论1.1.1 电力电子技术概述由于当今社会对电能的普遍应用以及节约能源的紧迫要求，电力电子技术在国民经济中的地位和作用越来越突出。尤其是80年代以来，电力电子技术取得了飞速发展，开关器件性能不断改善，容量不断增大，以PWM控制为代表的、采用数字控制的电力电子装置性能日趋完善。目前，电力电子技术已广泛应用于机电一体化、电机传动、新能源、航天、激光、军事等各个领域，是国家工业发展不可缺少的一门基础和实用技术，它给现代生产和现代生活带来了深远的影响1。1.1.2 电力电子技术的构成及发展现代电力电子技术是一门新兴的高新技术学科，是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。
14、事实上，早在二十世纪初期，电力电子技术就已经出现了。但真正意义上的电力电子技术的革命却开始于1956年美国贝尔实验室（Bell laboratories）发明可控硅和1958年GE（General Electric）公司使晶闸管的成功商业化。从此，电力电子技术开始得到真正的应用与发展，成为一门新兴的学科。1974年，第四届国际电力电子会议首次提出电力电子技术（或称电力电子学）的定义，这就是有名的W.Newell定义：电力电子技术是横跨在电力学、电子学及控制学之间的边缘学科2。此外，电力电子技术的发展还与其他许多基础学科有着紧密的联系，如微电子技术、计算机技术、拓扑学、仿真技术、信息处理与通信技术等等。每一门学科或专业技术的重大发展和突破都为电力电子技术的发展带来了巨大的推动力3。1.1.3 现代电力电子器件当今电力电子器件的发展速度非常迅速，所谓现代电力电子器件是指以MOS结构为基础的功率MOSFET、IGBT、MOS控制晶闸管（MCT）、集成门极换流晶闸管（IGCT）、MOS控制整流管（MCD）、
