使用二極管和晶閘管實現的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網注入大量諧波和無功功率，造成嚴重的電網污染。隨著電力電子技術的發展，人們開始研究PWM整流技術。電壓型PWM整流器具有交流側電流低諧波、高功率因數、直流電壓輸出穩定等諸多優點，因此，成為當前電力電子領域研究的熱點課題之一。由于PWM整流器具有以上優點，在電力系統有源濾波、無功補償、潮流控制、太陽能發電以及交直流傳動系統等領域，具有越來越廣闊的應用前景。本論文對三相PWM整流器進行了研究，主要完成以下工作： 首先，對PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓撲結構，分析了PWM整流器的換流過程，給出了PWM整流器的數學模型，對交流側電感和直流側電容進行了設計。 其次，對電流滯環控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調量和穩態誤差限制在很小的范圍以內。在起動過程中串接入限流電阻，使起動電流限定允許范圍以內。 最后，在進行了以上三種控制方式仿真后，針對電壓空間矢量控制存在的電流誤差問題，采用電流超前給定策略和基于旋轉坐標系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問題。 仿真結果表明，論文所設計的三相電壓型PWM整流器實現了高功率因數運行，實現了直流電壓的穩定控制，解決了傳統意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數低等問題，具有良好的工程實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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交錯并聯反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優點，并且可以實現電氣隔離。但是其升壓比不高，變換器中主開關管電壓應力較大，且工作中開關管處于硬開關狀態，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯反激變換器所存在的問題，本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯反激變換器的優點，兩個并聯單元互補工作，分擔功率損耗，輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是，該變換器具有較高的升壓比，變換器中主開關管的電壓應力較小，克服了交錯并聯反激變換器的問題。在軟開關方面，變換器使用有源箝位軟開關電路，使主開關管與箝位開關管都實現了零電壓軟開關動作，提高了變換器的效率與使用壽命。因此，它與交錯并聯反激變換器相比，更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上，針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大，本文還提出了經過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩，減小了二極管的電壓應力，提高了變換器的效率。 最后，本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間： 2013-05-20
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開關損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關技術能夠有效的降低開關損耗，提高變流器的效率和開關頻率，被廣泛的應用在各種大功率開關電源場合。 本文首先對軟開關技術進行了一個概述，介紹了軟開關技術的工作原理及發展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關技術。在第二章中，針對課題，著重講述了全橋電路。作為對比，首先分析了全橋硬開關電路的工作原理和開關損耗。然后，分析了全橋軟開關兩種常見的實現方法：ZVS和ZVZCS，并針對幾種常見拓撲，詳細對比了它們的工作原理，軟開關實現方法，軟開關實現效果，軟開關實現范圍和總體效率，指出了它們的優缺點和各自適合的應用領域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現方法和對軟開關效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關電源常見的三種控制方式：電壓模式控制、峰值電流模式和平均電流模式控制，其中詳細介紹了平均電流模式控制，給出了設計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關電路的小信號模型，分析了軟開關技術的引入對傳統PWM硬開關全橋電路小信號模型的影響。第四章給出了5kW電力操作電源的具體設計步驟，如方案選擇，磁設計、控制環路設計、副邊整流電壓尖峰吸收等關鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數據，驗證了上述理論和設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變為機械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態支路工作在非諧振狀態，導致換能器功率損耗和發熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩態時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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近年來隨著能源短缺和供電設備對供電電源的性能和可靠性要求的提高，逆變電源并聯運行技術得到了大力發展。在逆變電源并聯技術中，最重要的是如何限制模塊間的環流，并使并聯模塊最終達到同步運行。傳統方法被證明已經不能滿足要求，隨著DSP數字信號處理器運算速度越來越快，將DSP應用到逆變電源并聯系統中已經成為一種趨勢。本文在比較了國內外的并聯系統控制策略的基礎上，提出了將工業自動化領域熱門的現場CAN總線技術引用到系統中，實現了真正的分布式控制和并聯逆變電源系統的智能化，提高了實際運行中系統的可靠性。在研究和分析了單臺三相逆變電源的數學模型的基礎上，設計了基于SVPWM調制和電壓閉環反饋控制的三相逆變電源，作為并聯系統的基礎。在并聯運行技術的研究中，重點分析了并聯系統的環流特性，電壓特性和功率特性，提出了一種基于CAN總線的功率均分控制策略。仿真結果證明，這種方法對于環流的抑制和并聯模塊的同步運行是行之有效的。針對并聯逆變電源系統，本文設計了CAN總線的接口電路和相應的通信模塊，并在DSP上實現，確保了在并聯運行過程中數據傳輸的完整性和實時性。最后在TMS320LF2407平臺上，給出了逆變器控制和并聯相關的硬件電路和軟件流程圖，并用MATLAB對本文涉及到的關鍵算法進行了仿真分析，給出了相應的波形。
上傳時間： 2013-06-08
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諧振變換器相對硬開關PWM變換器，具有開關頻率高、關斷損耗小、效率高、重量輕、體積小、EMI噪聲小、開關應力小等優點。而LLC諧振變換器具有原邊開關管易實現全負載范圍內的ZVS，次級二極管易實現ZCS諧振電感和變壓器易實現磁性元件的集成，以及輸入電壓范圍寬等優點，因而得到了廣泛的關注。 本文對諧振變換器的基本分類和各種諧振變換器的優缺點進行了比較和總結，并與傳統PWM變換器進行了對比，總結出LLC諧振變換器的主要優點。并以400W LLC諧振變換器為目標設計，LLC前級使用APFC電路，后一級是LLC諧振變換器。 首先，基于FHA(基波分析法)的方法對LLC諧振變換器進了穩態電路的分析，并詳細闡述了LLC諧振變換器在各個開關頻率范圍內的工作原理和工作特性。隨后，文章詳細比較了LLC諧振變換器與傳統的諧振變換器和半橋PWM變換器不同之處。 然后，文章分別采用分段線性法和擴展描述函數法建立了LLC諧振變換器的小信號模型。由于分段線性法建立的小信號模型僅考慮了LLC諧振變換器工作在滿負載的情況下，為了建立更具一般性的模型，論文又采用了擴展描述函數法建模，用以指導控制環路的設計。 接著，論文對整個系統進行了綜合設計。文章給出了APFC部分的主電路和控制補償回路的具體設計；同時，也做出了LLC諧振變換器主電路的具體設計，而LLC諧振變換器控制回路的設計，仍需要更深一步的研究，并需提出一種切實可行的設計方法。 最后，采用Pspiee軟件建立了仿真模型。仿真結果得出LLC諧振變換器能在負載和輸入電壓變化范圍都很大的情況下實現輸出電壓的穩定調節，并能實現場效應管和二極管的軟開關，驗證了理論分析的正確性；由于實驗條件的限制，制作的實驗電路板處于調試之中，希望進一步驗證理論設計的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本文以實際項目為背景，詳細地分析了30kVA三相光伏并網逆變電源的研制過程。論文的主要工作如下： 首先，概述了光伏發電的意義以及我國光伏產業的發展現狀及前景；介紹了本課題的來源及其主要研究的內容；分析了三相逆變器的數學模型；總結了三相逆變器的各種抗三相不平衡的拓撲結構，從中選擇了三相四橋臂作為逆變電源的主電路結構；對四橋臂的各種抗三相不平衡控制策略進行了比較，具體分析了二維空間矢量法的原理，考慮到實際的軟硬件條件的限制，對該方法提出了進一步簡化應用的方案。 接著，根據項目指標，研制了30kVA三相光伏逆變電源樣機的主電路；采用了獨立運行時為LC結構，并網運行時為LCL結構的濾波模式，并總結了濾波器參數設計的步驟，給出了濾波器的相關參數；獨立地設計和研制了以TMS320F2812芯片為核心的主控板，以及液晶顯示、保護、采樣、鎖相等控制電路，并總結了印制電路板設計中需要注意的事項。 隨后，介紹了DSP的編程環境：詳細地分析了顯示鍵盤程序、七段式的電壓空間矢量PWM程序以及相關的主程序和中斷程序并給出了流程圖；總結了編程注意事項；構思了光伏逆變電源并網運行的整個過程；具體地說明了鎖相環和捕獲單元的應用方法；概述了孤島效應的產生與防治。 最后，設計了獨立運行時的MATLAB仿真試驗，在閉環中采用了最大誤差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基礎上，進行了30kVA三相光伏并網逆變電源樣機的安裝，順利完成了獨立運行的調試，并給出了實驗波形。
上傳時間： 2013-07-02
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隨著鋰電池技術的發展和節能環保概念的普及，大容量鋰離子電池在大功率場合的應用前景也越來越廣闊，比如電動汽車、電動自行車、混合動力汽車、太陽能發電系統等新能源以及航空航天領域。 但是鋰離子電池組串聯使用時容量不均衡的問題大大限制其廣泛應用，加入均衡電路是有效的解決方法。尤其是對于大容量的鋰電池組，價格昂貴，更是需要有效可靠的均衡電路與均衡策略。可以說，要實現大容量鋰離子電池在大功率場合的廣泛應用，電池單體的有效均衡是目前的技術瓶頸之一。因此深入研究鋰離子電池組均衡電路的關鍵問題很有意義。 本文主要研究了以下幾個方面的內容： 1．總結和比較了現在均衡電路的研究現狀，包括均衡拓撲和控制策略。 2．結合均衡電路的需要，對鋰電池的特性做了詳細的測試和深入的研究，得出了對均衡有指導意義的結論。 3．介紹了本課題所采用的鋰離子電池組均衡電路的工作原理和設計流程，并給出了具體電路和參數設計的結果。 4．基于鋰離子電池的特性，提出了新穎的過均衡加滯環控制的方案。最后，給出了實驗和仿真結果，驗證了方案的可行性。 5．基于本文的研究工作對串聯鋰離子電池的均衡做了一些總結和展望。
上傳時間： 2013-06-11
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在低功率應用領域中，為了降低成本，單級功率因數校正(PFC)技術越來越受到人們的關注。單級PFC技術是把PFC變換器和DC/DC變換器結合在一起，共用一個開關管和一套控制電路，同時提高功率因數和對輸出電壓進行快速調節。本文針對單級PFC技術進行了較詳細的分析。首先研究了基本Boost型單級PFC變換器，詳細分析了其工作原理和特性，指出在現有的單級PFC變換器中，必須解決兩個問題，即如何提高變換器的效率和控制中間儲能電容電壓在450V以下。同時分析了Boost型單級PFC變換器的三端和兩端拓撲結構，并討論了兩者之間的聯系。接著引用了直接功率傳遞原理(DPT)，研究了一種新型的可實現直接功率傳遞的單級PFC變換器。詳細分析了該變換器的工作原理和特性。該變換器在引入直接功率傳遞原理的基礎上，相對于一般單級PFC變換器來說，具有更高的效率和良好的功率因數校正效果。同時可以將單級PFC變換器中間儲能電容電壓的值限制在450V以下。最后，本文用仿真分析驗證了理論的正確性，證明了這種新型的單級PFC變換器比一般的單級PFC變換器性能更優越。
上傳時間： 2013-05-19
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