三相pwm逆变器lcl滤波电路的设计_毕业设计.doc

作品名称： 三相PWM逆变器LCL滤波电路的设计 所属学院： 电气工程学院 摘要 本文主要通过把三相PWM逆变器的输出电流进行LCL滤波设计，逆变器负载连接永磁同步电机，虽然永磁同步电机具有定子电感，但是其电感值很小，达不到理想的电路需要的正弦电流，所以需要进一步引进LCL滤波电路。本文首先通过建立三相PWM逆变器负载连接永磁同步电机的电路模型，以谐振频率(fres)，总滤波电感值(L)以及对不同的频率段产生的谐波的抑制能力这三个方面为设计原则，分别对滤波元件L（滤波电感）、C（滤波电容）进行了设计。 而后，根据设计出的滤波元件的参数，进行了基于LCL滤波器的系统的频域分析，并且与L滤波电路进行了频域特性的对比，通过伯德图分析了两种滤波电路的滤波效果。虽然在滤波效果方面来讲，LCL滤波电路更优于L滤波电路，但是LCL滤波电路会产生谐振，要通过一定得加入阻尼电阻手段使LCL滤波电路的谐振点得到抑制。 根据三相PWM逆变器LCL滤波电路的设计模型，本文设计了接有永磁同步电机的电流内环，转速外环的PI控制电路，对PI调节器参数进行了的设计。由于三相PWM逆变器的负载侧接有永磁同步电机，需用SVPWM信号对逆变器元件进行驱动。本文通过MATLAB软件程序设计实现了SVPWM驱动信号。 最后，本文分别对滤波电路进行了开环仿真和电流内环，转速外环的双闭环仿真。通过高速永磁同步电机的输出定子电流波形图，进一步验证了滤波电路中滤波元件的参数设计的合理性，及控制方法的正确性。同时还分析了控制电路中id坐标系中给定电流为0A时，iq给定电流为3A时，高速永磁同步电机d轴、q轴最终稳定的输出电流值。以验证仿真模型图搭建的合理性，也有利于得到理想的仿真波形图。 关键词：LCL滤波电路、永磁同步电机、频域分析、谐波抑制 第1章 绪论 1.1 课题的背景 1.1.1 课题的来源 近些年来，电力电子技术得到了迅速的发展，因此各种电力电子装置在我们生活领域的出现日渐普遍，如工业、家庭、电力系统、交通等众多领域。但是，由此带来的无功和谐波问题也逐渐严重起来，因此人们也越来越广泛的关注谐波的抑制问题。LCL滤波器和L滤波器都能够达到抑制谐波的效果，但是LCL滤波电路的滤波效果比传统的L滤波电路的滤波效果更加明显。虽然如此，由于LCL滤波电路存在着谐振问题，想要得到理想的滤波效果，必须选取正确的控制策略，以及进行合理的参数设计，否则会使系统产生不稳定的问题。因为LCL滤波问题已经成为近年来研究谐波问题的热点和重点，所以我对三相PWM逆变器LCL滤波电路的设计与仿真进行了研究。 1.1.2 课题的意义 20年来，功率半导体开关器件技术飞速发展，各类变流装置也随之出现，这些变流装置以PWM（脉冲宽度调制）控制为基础。PWM控制技术也使得电力电子变流装置技术有了快速的发展。比如逆变电路，脉冲宽度调制（PWM）控制技术对其的影响非常深刻很大，它在逆变电路中的应用也最为普遍。而今大量的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路[1]。PWM控制技术也正有赖于此，逐渐走向成熟。 目前，大多是使用IGBT作为PWM逆变装置的功率开关器件，IGBT功率开关器件能够实现很高的开关频率。然而高开关频率会产生谐波，输入电网和用电设备中，会对它们产生危害。比如谐波使电网中的元件产生附加的谐波耗损，降低输电、发电、用电设备的效率[1]。谐波还影响电气设备的正常工作，如使电机发生噪声、机械振动、过热等[1]。使自动装置、继电保护装置发生误动作等。因此，必须采用滤波装置对谐波进行有效的抑制。 同时，永磁同步电机定子电感是非常小，从产生的积极影响来说，这种微小的电感虽然可以提高定子电流动态响应的速度，但在电机控制系统带来了很多不利因素。用上面所讲的高开关频率的三相PWM逆变电路对永磁电机进行驱动，会引起定子绕组电流的畸变，在电机的定子电流包含谐波，从而提高了绕组铜损和铁损，便会引起很大的噪声和转矩脉动，高速永磁同步电机的可靠性和稳定性受到威胁。因此，我们也必须采用滤波装置对永磁同步电机定子电流谐波进行有效的抑制。 L滤波器作为传统的滤波装置，接在负载与电压源型逆变器之间，称之为L滤波电路。而高开关频率不仅可以获得高动态性能，而且通过脉冲宽度调制(PWM)方法使谐波获得足够的衰减。相比之下，LCL形式的滤波器可以在较高的开关频率下使谐波性能得到改进，这是在高功率应用的一个重要优势。然而，LCL滤波器系统是三阶的，他们需要更复杂的控制策略和参数设计来保持系统的稳定性，以及由于谐振和低谐波阻抗引起电流畸变的危害。针对以上问题，研究三相PW