1、本科毕业设计论文题 目 PWM 整流器仿真与分析 本科毕业设计论文I毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设
2、计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 本科毕业设计论文II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
3、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 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 日本科毕业设计论文III注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结
4、论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5
5、）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它本科毕业设计论文IV摘要多电飞机技术使机载用电设备的种类和数量显著增加，对飞机供电系统的电能质量和功率密度等提出了更高要求。变频供电降低了系统复杂度和维护难度，提高了系统功率密度、可靠性和使用寿命，成为多电飞机的技术热点。本文设计了交-直-交功率变换器的整流级，实现在 360Hz800Hz 不同供电频率下的整流。针对变频供电，分析了整流器的性能需求，确定了整流器系统结构，建立了系统数学模型。以 PWM 整流器为重点，设计了电压、电流的双环控制结构和
6、控制参数，通过旋转坐标系下的前馈解耦控制，实现整流器的输入高功率因数，提高系统效率和直流环电压稳定性，并适应变频供电；建立了整流器的 Saber 软件仿真模型，对变频输入的整流器进行了仿真分析。理论分析、软件仿真实验结果表明，本文设计的整流器能够实现飞机变频供电下的起动和运行控制，输入级 PWM 整流使控制器稳态输入功率因数达到 0.95 以上，验证了设计的正确性和可行性。关键词：变频供电系统，PWM 整流，解耦控制本科毕业设计论文VABSTRACTMore Electric Aircraft (MEA) has put forward more requirements on power q
7、uality and enegy density of airplane power supply system with power consumption equipments increasing. Variable frequency (VF) power system has no mechanical constant speed drive, which decreases the system complexity and maintenance difficulty, improving the system power density, reliability and se
8、rvice life, is becoming hot spot of MEA technology. In this paper, a rectifier is designed with AC-DC-AC mode VVVF converter. The controller makes equipments can start and operate well when powered by aircraft VF (360Hz800Hz) supply. According to the goals of variable frequency power supply, the req
9、uirements of the rectifier performance are analyzed, and a mathematical model is set up. Focus on PWM rectifier, the structure and parameters of voltage-current dual loops and decoupling control system are designed to achieve high power factor on the input side, and adapt to VF power supply at the s
10、ame time. A Saber simulation model of the controller cascaded by rectifier is established. Theoretical analysis, software simulation show that the rectifier makes the equipments adapt to the VF-AC supply and start and operate well. The starting and operating impacts of motor on power system are redu
11、ced and the input power factor of controller can be up to 0.95 with the PWM rectifier. The results verify the correctness and feasibility of the design.Key words: VF power system, PWM rectifier, decoupling control本科毕业设计论文VI目录摘要 .IABSTRACT.II目录 .III第一章 绪论 .11.1 研究背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .31.3 研究内容和结构安排 .
12、5第二章 PWM 整流器工作原理及主电路拓扑结构 .82.1 整流器基本工作原理 .82.2 正弦脉宽调制技术 .112.3 整流器的数学模型 .152.3.1 三相静止坐标系下 VSR 数学模型 .152.3.2 同步旋转坐标系下 VSR 数学模型 .182.4 功率电路参数计算 .202.4.1 开关器件的选择 .202.4.2 交流测输入电感 .212.4.3 直流侧输出电容 .222.5 本章小结 .23第三章 整流器控制结构 .243.1 整流器的电流解耦控制 .243.2 电流内环控制器设计 .273.3 电压外环控制器设计 .32第四章 基于 Saber 的 PWM 整流器电路仿
13、真 .374.1 Saber 软件简介 .374.2 Saber 仿真模型 .374.3 仿真验证 .39本科毕业设计论文VII4.3.1 频率变化时仿真结果 .394.3.2 负载变化时仿真结果 .474.4 本章小结 .48第五章 论文总结 .49参考文献 .50致谢 .54毕业设计小结 .55本科毕业设计论文8第 1 章 绪论1.1 研究背景及意义飞机电源系统的主要功能是产生或存储机载用电设备所需的电能，以保证机上各种用电设备正常工作时电能的供应 1。目前飞机电源系统主要包括一次电源、二次电源、辅助电源和应急电源。一次电源是直接由航空发动机驱动的发电机及其控制保护器组成；二次电源是将飞机
14、上主电源的能量转换为另一种或者多种形式的电能，以满足机载用电设备对电能形式的多样化需求；辅助电源主要由辅助动力装置组成；应急电源是一个独立的电源，在主电源都发生故障时，向飞机重要用电设备供电，可采用蓄电池或应急发电机供电 23。在传统的飞机能源系统中存在着多种二次能源，如气压能源、液压能源、电能源等，多种二次能源要求飞机发动机附件机匣上装配发电机，液压泵、燃料泵和气压等机件，造成安装空间紧张，维修不便，发动机迎风面积大等难以克服的缺点 3。随着现代航空技术的迅速发展，电气传动机构的性能不断提高，在一些应用中逐渐取代了液压和气压传动机构 23。这种广泛采用电能作为飞机供电系统的二次能源的飞机称为
15、多电飞机（More Electric Aircraft，MEA） 1。多电飞机的出现和发展优化了飞机的动力系统，进而优化了飞机系统的性能，为飞机动力系统带来了历史性的变化。多电技术的应用不仅大大降低了飞机的成本与重量，而且提高了飞机的可靠性和维护性。此外，多电飞机技术的快速发展，使机载用电设备的数量和种类日趋庞杂。各用电设备对供电类型和电压等级都有不同要求，这对供电系统的容量和供电质量提出了更高要求。可靠稳定、高功率密度、低噪声等，成为多电飞机电力系统的发展方向。当今飞机交流发电技术有恒速恒频、变速恒频和变频三种。其中，恒速恒频系统通过将恒速传动装置（CSD）与发电机整合，形成组合传动发电机（
16、IDG）来实现；变速恒频系统的发电机直接连到发动机齿轮箱，发电机输出通过电源变换装置，得到400Hz恒频输出；变频系统将发电机直接连到发动机齿轮箱，发电机输出频率与发动机转速成正比。恒速恒频系统的IDG成本高、体积重量大、维护难、可靠性差；变速恒频系统的电力变换与配套装置也有结构复杂、价格高、笨重和可靠性差等缺点；变频系统无需恒速传动装置，电源变换装置少、工作频率范围宽、系统容量大，但对发电机输出调压的要求高，而价格低、重量轻、可靠性好、维护便利，使变频系统更具优势。20世纪80年本科毕业设计论文9代，变频技术首先应用于转速范围较小的涡轮螺旋桨飞机，随后空客A380飞机选用了TRW公司的变频发
17、电技术，波音B787飞机也采用了变频发电系统。诸多实践和经验证明了变频供电系统的应用优势，目前，国内也在积极将变频供电系统付诸实践 6。总而言之，变频供电的优点在于：(1)相对于恒频交流发电而言，变频发电系统结构简单，体积重量小，电能转换率高（可达90%） ，系统可靠性好（MTBF可达3500飞行小时） ；（2）对于很多对电源频率不敏感的设备，如灯、纯阻性负载等，其所需要的电能中间不需要进行任何变换就直接利用，某些电动机也可以直接由变频交流电直接驱动，所以提高了可靠性和系统效率；（3）对于现代的飞机来说，很多设备需要控制器来改善其性能，以便提高整个飞机系统的效率和飞行舒适性，如环控系统在飞行中
18、可以根据不同的飞行状态来调节客舱压力满足乘客的需求。电力系统代替其他飞机二次能源的优势也体现在其可以方便的传输和控制，所以可以根据飞行状态来调节设备的工作状态以节约飞行成本；（4）对于大容量的飞机电力系统，主发电机输出额定电压为230V甚至更高，有利于减轻系统重量。因此，鉴于多电飞机供电系统大容量特点变频供电体制具有明显优势 4。在变频供电系统背景下，飞机电气负载根据电源频率对其影响程度，可分为一般负载和特殊负载。一般负载指对供电频率变化不敏感的用电设备，包括照明、客舱加温、除冰设备、无刷直流电机等；特殊负载指对供电频率变化比较敏感的用电设备，如交流电机、变压器、风扇和一些电子控制设备。由于异
19、步电机结构简单，运行稳定可靠，飞机的重要电动泵类负载，如电动燃油泵、电动液压泵等，多由异步电机驱动。然而，异步电机由变频供电与恒频供电相比，结构和起动、运行特性都有所不同。由115V/360Hz800Hz飞机变频电源直接驱动的异步电机，工作在变频恒压输入状态。根据定子电压方程及电机电磁转矩与 近似正比知：定子端交流电压114.msNUEfkm恒定时，随电源频率 升高，绕组磁通 减小，起动转矩变小，电机起动1f能力降低，可能导致电机无法带载甚至空载起动；若 降低，则 升高，起动1fm转矩加大，电机起动能力增强。按额定400Hz设计的航空电动机，在电源频率低于400Hz时，起动能力较强，超过400Hz，起动能力随频率升高而变差，在电源频率较高时，电机可能无法起动，因而需要为电机配置电源变换器，将供电系统提供的变频交流电变换为适合电机起动和运行的交流电 1。上述电源变换器，本质上为电力变频器，最常用的结构是不控整流与变频逆变级联。传统变频器注重逆变级的结构与控制，而不控整流器作为非线性电气负载，将大量谐波电流注入供电系统，导致电压、电流波形畸变，系统功率
