本課題來源于企業委托開發項目：大功率兩電平矢量控制變頻器的開發。課題以感應電動機變頻調速系統的產品化開發為目標，對感應電動機參數離線辨識技術和控制器進行了研究和試驗。本人除了參加整體系統的設計和制作任務外，獨立完成了參數離線辨識工作。文章介紹了一種實用的參數離線辨識方法，在綜合各種控制策略基礎上給出了一套基于DSP的數字化解決方案，通過整機進行了軟硬件調試，實現了設計目標。為產品化打下一定的基礎。 論文第1章介紹了矢量控制以及坐標變換，分析了電動機參數對矢量控制的影響，通過Matlab仿真了電動機參數變化對變頻器輸出的影響。 第2章對辨識主要介紹了參數辨識的算法，對感應電機靜態數學模型進行了化簡，得到各個參數與電壓電流之間的關系方程。通過單相直流試驗和單相交流試驗辨識電動機參數。采用迭代算法計算出非線性方程的數值，還介紹了一種基于電壓電流瞬時值計算電動機功率因數的方法。 第3章對控制器進行了研究，對當前比較先進的自抗擾控制，自適應控制，基于非線性的逆控制等控制策略進行了綜述。最后對基于PI轉速調節器的間接矢量控制系統進行了仿真，并給出了仿真結果。 第4章介紹了實驗室自主開發的基于TI公司DSP TMS320F2812的通用交流調速試驗裝置。根據通用試驗裝置的設計要求設計了控制板電路，電源板電路，功率板電路等電路，進行了調試，并應用到試驗之中，性能達到要求。 第5章介紹了整個系統的功能軟件設計和功能試驗結果，給出了部分程序流程圖和裝置的基本功能試驗波形。 最后就課題的研究進行了整體總結，為將來的后續研究提出建議。
上傳時間： 2013-06-25
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隨著電信業的迅猛發展，電信網絡總體規模不斷擴大，網絡結構日益復雜先進。作為通訊支撐系統的通訊用基礎電源系統，市場需求逐年增加，其動力之源的重要性也日益突出。龐大的電信網絡高效、安全、有序的正常運行，對通信電源系統的品質提出了越來越嚴格的要求，推動了通信電源向著高效率、高頻化、模塊化、數字化方向發展。 本文在廣泛了解通信電源的行業現狀和研究熱點的基礎上，深入研究了開關電源的基本原理及相關技術，重點分析了開關電源功率因數技術及移相全橋軟開關PWM技術的基本原理，并在這基礎上設計了一款通信機房常用的48V/25A的通信電源模塊，該電源模塊由功率因數校正和DC/DC變換兩級電路組成，采用了一些最新的技術來提高電源的性能。例如，在電路拓撲中引入軟開關技術，通過采用移相全橋軟開關PWM變換器實現開關管的零電壓開通，減小功率器件損耗，提高電源效率；采用高性能的DSP芯片對電源實現數字PWM控制，克服了一般單芯片控制器由于運行頻率有限，無法產生足夠高頻率和精度的PWM輸出及無法完成單周期控制的缺陷；引入了智能控制技術，以模糊自適應PID控制算法取代傳統的PID算法，提高了開關電源的動態性能。 整篇論文以電源設計為主線，在詳細分析電路原理的基礎上，進行系統的主電路參數設計、輔助電路設計、控制回路設計、仿真研究、軟件實現。
上傳時間： 2013-05-26
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低電壓輸入高電壓輸出的直流變換器被廣泛地應用在太陽能光伏發電系統、風能發電系統、燃料電池系統、車載逆變器電源等電力電子裝置中。隨著電力電子技術的發展，對該類型的變換器也提出了更高的要求。 本文主要針對中小功率的升壓變換器，對串聯諧振軟開關推挽電路進行了研究分析及實驗。 文章首先對理想工作條件下的串聯諧振軟開關推挽電路進行理論、仿真分析，并通過實驗驗證了電路損耗小、效率高的特性。三種不同的控制方案：導通時間固定、關斷時間變化的PFM調制方式，導通時間變化、關斷時間固定的PFM調制方式，PWM調制方式，被分別應用到電路中。通過理論、仿真以及實驗研究，比較分析了三種控制方案的優缺點，特別是對軟開關特性、輸出電壓調節及適用范圍等問題做了細致分析。文章還對應用在串聯諧振軟開關推挽電路中的變壓器作了一定研究分析。根據變壓器的機理，對該電路中特有變壓器的高變比問題和漏感問題展開分析，并提出工藝和設計原理上的相應的解決方案。 為進一步實現能量的高效轉換，提出了基于雙變壓器結構拓撲的串聯諧振軟開關推挽電路，并進行了有關理論分析、仿真和實驗研究。同單變壓器電路相比，該電路具有開關損耗小、變壓器損耗小、效率更高的優點，實驗結果充分驗證了以上結論。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，世界各國競相發展綠色可再生能源，太陽能因其潔凈、儲量巨大等優點倍受青睞。在太陽能的各種應用中，光伏發電倍受關注。隨著光伏組件價格的不斷降低和電力電子技術的發展，光伏發電的系統容量和變換設備的轉換效率不斷增加，體積逐漸減小，對光伏發電系統相關設備的設計和制造提出了新的要求。 本文從提高光伏發電系統整體效率的角度出發，以光伏發電系統中電能變換裝置作為研究目標，研究光伏發電中的關鍵性技術之一——光伏陣列的最大功率點跟蹤技術。主要研究適用于光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的拓撲；研究光伏發電系統的最大功率點跟蹤變換器的控制方法。論文在分析研究光伏電池的工作原理及輸出特性的基礎上，分析研究了幾種基于DC/DC變換器的最大功率跟蹤算法及各自優缺點和適用場合。在拓撲研究方面，分析研究了Buck、Boost和全橋電路應用于光伏發電中的優缺點以及適用的最佳功率等級，并對這三種電路的功率損耗進行分析，通過仿真進行驗證。探討了把軟開關技術、三電平技術應用于光伏發電系統的可行性，并詳細分析了應用于光伏發電系統的移相全橋ZVS DC/DC變換器電路的換流過程。在理論分析的基礎上，論文設計實現了應用移相全橋軟開關DC/DC變換電路作為主電路的MPPT變換器，構建了1000W小型獨立光伏發電系統，進行仿真和實驗，對實驗結果進行損耗分析。證實了移相全橋ZVS DC/DC變換電路作為中小型光伏發電系統的前級變換器，可以在實現太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤的同時，保證開關管實現軟開關，從而提高了系統的轉換效率和功率密度。
上傳時間： 2013-05-23
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電梯在垂直升降的過程中，由于功率變化范圍很大，節能潛力巨大。本文主要工作在于結合電梯系統的特點，對超級電容儲能系統中超級電容容量需求及其他相關參數的設置進行詳細討論。也對與之配套的雙向DC/DC變換器進行研究。 本文在研究了電梯系統的結構和運行特點的基礎上，對其運行過程中能量狀態的變化進行了詳細分析，得到了儲能裝置中超級電容器容量的計算方法，并在此基礎上，根據超級電容器容量需求與系統前級雙向整流器功率的關系，提出了一套簡單有效的能量管理方案，減少了儲能裝置中超級電容器的容量需求。并且對于超級電容容量設置給出了一般的原則。 儲能裝置與系統直流母線之間需要雙向變換器進行能量傳遞，本文對于各種雙向直流變換器拓撲的優缺點進行了比較，結合在超級電容儲能裝置中的具體應用需要，得出BUCK/BOOST型變換器更適合本文中的應用。 本文為儲能裝置設計了基于DSP（數字信號處理器）全數字控制的具有多種工作方式的雙向DC/DC變換器的小功率樣機，在電容器放電時，以恒流模式向直流母線輸送能量；在電容器充電時，以分段恒流模式或恒壓模式進行充電。文中給出了詳細的硬件電路以及數字控制部分的設計過程，并通過實驗進行了驗證。
上傳時間： 2013-04-24
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由于絕緣柵雙極晶體管IGBT具有工作頻率高、處理功率大和驅動簡單等諸多優點,在電力電子設備、尤其是中大型功率的電力電子設備中的應用越來越廣泛。但是,IGBT失效引發的設備故障往往會對生產帶來巨大影響和損失,因此,對IGBT的失效研究具有十分重要的應用意義。 本文在深入分析IGBT器件工作原理和工作特性的基礎上,采用雙極傳輸理論聯立求解電子和空穴的傳輸方程,得到了穩態時電子和空穴電流的表達式,對造成IGBT失效的各種因素進行了詳細分析。應用MATLAB軟件,對硅參數的熱導率、載流子濃度、載流子壽命、電子遷移率、空穴遷移率和雙極擴散系數等進行了仿真,深入研究了IGBT的失效因素,得到了IGBT失效的主要原因是發生擎住效應以及泄漏電流導致IGBT延緩失效的有用結論。并且,進行了IGBT動態模型的設計和仿真,對IGBT在短路情況下的失效機理進行了深入研究。 考慮到實際設備中的IGBT在使用中經常會發生反復過流這一問題,通過搭建試驗電路,著重對反復過流對IGBT可能帶來的影響進行了試驗研究,探討了IGBT因反復過流導致的累積失效的變化規律。本文研究結果對于正確判斷IGBT失效以及失效程度、進而正確判斷和預測設備的可能故障,具有一定的應用參考價值。
上傳時間： 2013-08-04
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目前，能源危機與環境污染已經備受關注，被各個國家提上紀事日程。在眾多的新能源中，風能以它可再生、清潔、無污染等特點受到人們的青睞。在風力發電技術上也從獨立型逐漸向并網型轉變，因此并網技術已成為主流。由于變速恒頻具有發電量大，對風電場風速的變化適應性好具有較高的葉尖速比等優點，所以變速恒頻必然會取代恒速恒頻。實現變速恒頻的風力發電機組有很多種，其中永磁同步直驅式風力發電機由于不需要齒輪箱，因而改善風能轉換效率，減小維護，降低了噪音，提高可靠性，本文以永磁同步直驅式發電系統為研究對象。 本文針對永磁同步直驅式發電雙PWM變換器系統，首先在對變速恒頻理論研究的基礎上，對風力機的數學模型進行了分析，完成了對風力機的最大風力跟蹤模擬仿真。由于發電機發出的電隨著風速的不斷變化，因此就靠控制變換器來實現恒壓恒頻的電壓并送入電網。其次在對永磁同步發電機和變換器的數學模型研究的基礎上提出了對整流側和電網側變換器分開控制，控制整流器來控制發電機的轉速，控制逆變器來實現穩壓和恒頻的向電網輸送電壓。并對逆變器側的直流電容和電感選值給出了范圍，在這些理論基礎上對逆變器進行了MATLAB/SIMULINK仿真，給出了仿真結果。在前面理論分析的基礎上，針對逆變器部分做了硬件和軟件的設計。選用智能功率模塊(IPM)作為逆變器，采用霍爾電壓、電流傳感器實現了對電壓電流的采樣，控制器選用TMS320F2407A，并制作了對采樣信號處理電路板、PWM信號處理電路板和傳感器電路板，編寫了程序。
上傳時間： 2013-06-17
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應用于煤礦、石化等易燃易爆環境的電子設備必須滿足防爆的要求，本質安全型是最佳的防爆形式。本質安全型開關電源具有重量輕、體積小、制造工藝簡單、成本低、安全性能高等優點，因而具有廣闊的發展前景。單端反激變換器是開關變換器的一種基本的拓撲結構，在實際中應用比較廣泛，因此對單端反激變換器進行本質安全特性分析是本質安全開關電源設計的重要基礎。本質安全型開關變換器的設計，主要是對變換器中的儲能元件進行設計，即變換器中的電感和輸出濾波電容進行設計。 本文對變換器的靜態特性進行了深入分析，指出反激變換器存在三種工作模式：CISM-CCM、IISM-CCM和DCM：得出了變換器工作在整個動態范圍內的最大輸出紋波電壓、最大電感電流和最大輸出短路釋放能量。對單端反激變換器的本質安全特性進行了分析，得出輸出本質安全型單端反激變換器的非爆炸判斷方法，并通過安全火花試驗裝置對變換器進行爆炸性試驗，驗證了輸出本安判據的正確性。得出輸出本質安全型單端反激變換器的設計方法，以同時滿足輸出紋波電壓和輸出本安要求作為約束條件，得到了本質安全型單端反激變換器電感、電容參數的設計范圍。給出了具體實例，并進行仿真和試驗研究，仿真和實驗結果驗證了理論分析的正確性和設計方法的可行性。
上傳時間： 2013-06-25
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多電平逆變器在大容量、高壓場合得到了廣泛的應用。在多電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法具有調制比大、能夠優化輸出電壓波形、易于數字實現、母線電壓利用率高等優點，成為人們關注的熱點。 本文首先對電力電子技術的發展前景和多電平逆變器控制技術的發展狀況進行了綜述。在分析兩電平逆變器工作原理的基礎上對三電平逆變器進行了研究，綜合比較了三電平逆變電路三種典型拓撲結構的優缺點；介紹了二極管箝位型三電平逆變器，分析了二極管箝位型三電平逆變器相對于傳統兩電平逆變器的優點，體現了課題研究的重要意義。其次，本文以中點箝位式三電平逆變器的基本拓撲結構為基礎，著重分析了三電平空間電壓矢量調制基本原理，提出了一種將最近的三個矢量合成參考矢量的空間矢量脈寬調制算法，給出大扇區和小三角形區域判斷規則以及合成參考電壓矢量的相應輸出作用順序，并優化了開關矢量的作用順序，利于實現對中點電壓的控制，使算法易于實現。再次，論文分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡產生的原因，分析了大、中、小矢量對中點電位的影響，提出了能夠影響中點電位波動的關鍵矢量，并通過分配成對小矢量的作用時間實現了對中點電位的控制。最后，采用MATLAB軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法進行了仿真分析，結果證明了算法的可行性。
上傳時間： 2013-08-01
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本文以感應加熱電源為研究對象，闡述了感應加熱電源的基本原理及其發展趨勢。對感應加熱電源常用的兩種拓撲結構--電流型逆變器和電壓型逆變器做了比較分析，并分析了感應加熱電源的各種調功方式。在對比幾種功率調節方式的基礎上，得出在整流側調功有利于高頻感應加熱電源頻率和功率的提高的結論，選擇了不控整流加軟斬波器調功的感應加熱電源作為研究對象。針對傳統硬斬波調功式感應加熱電源功率損耗大的缺點，采用軟斬波調功方式，設計了一種零電流開關準諧振變換器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍頻式串聯諧振高頻感應加熱電源。介紹了該軟斬波調功器的組成結構及其工作原理，通過仿真和實驗的方法研究了該軟斬波器的性能，從而得出該軟斬波器非常適合大功率高頻感應加熱電源應用場合的結論。同時設計了功率閉環控制系統和PI功率調節器，將感應加熱電源的功率控制問題轉化為Buck斬波器的電壓控制問題。 針對目前IGBT器件頻率較低的實際情況，本文提出了一種新的逆變拓撲-通過IGBT的并聯來實現倍頻，從而在保證感應加熱電源大功率的前提下提高了其工作頻率，并在分析其工作原理的基礎上進行了仿真，驗證了理論分析的正確性，達到了預期的效果。另外，本文還設計了數字鎖相環(DPLL)，使逆變器始終保持在功率因數近似為1的狀態下工作，實現電源的高效運行。最后，分析并設計了IGBT的緩沖吸收電路。 本文第五章設計了一臺150kHz、10KW的倍頻式感應加熱電源實驗樣機，其中斬波器頻率為20kHz，逆變器工作頻率為150kHz(每個IGBT工作頻率為75kHz)，控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片，簡化了系統結構。實驗結果表明，該倍頻式感應加熱電源實現了斬波器和逆變器功率器件的軟開關，有效的減小了開關損耗，并實現了數字化，提高了整機效率。文章給出了整機的結構設計，直流斬波部分控制框圖，逆變控制框圖，驅動電路的設計和保護電路的設計。同時，給出了關鍵電路的仿真和實驗波形。 實驗證明，以上分析和電路設計都是行之有效的，在實驗中取得很好的效果。
上傳時間： 2013-05-20
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