無刷直流電機是隨著電力電子技術的發(fā)展和高性能永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機電一體化電機。隨著無刷直流電機在各個領域的廣泛應用，無位置傳感器控制方法的優(yōu)勢越來越明顯，特別是“反電勢法”無刷直流電機控制方法已經(jīng)發(fā)展成為最實用的無位置傳感器控制方法。 論文在介紹常用的無位置傳感器無刷直流電機控制方法的基礎上，詳細分析了“反電勢法”無刷直流電機控制原理。深入研究了兩種反電勢過零檢測方法，采用“直接反電勢法”設計了反電勢過零檢測電路。該方法不需要引出電機中性點，通過選擇PWM和導通控制策略，就能直接從電機端電壓獲得反電勢過零點信號。它避免了開關高頻調(diào)制產(chǎn)生的干擾，不需要對端電壓進行濾波。建立了基于PSPICE軟件的仿真模型并對其進行了仿真驗證。以按摩椅用無刷直流電機為樣機，設計了“直接反電勢法”無刷直流電機控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細介紹了電路各個組成部分，同時給出了控制系統(tǒng)中所采用的軟硬件抗干擾措施。 論文介紹了“直接反電勢法”無刷直流電機控制常用的起動方法，深入討論了“三段式”起動技術，對“三段式”起動技術中轉(zhuǎn)子預定位、外同步加速和外同步到自同步的切換進行了詳細的分析，并圍繞“三段式”起動技術詳細介紹了“直接反電勢法”控制軟件設計流程。 最后，通過實驗驗證了這種方法的可行性和正確性。
標簽： 電勢 無刷直流電機 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，越來越多的電力電子裝置被應用到各個領域，給電網(wǎng)注入了不可忽視的無功以及諧波電流。 本文首先介紹了諧波的概念和諧波的危害，闡述了諧波問題研究的必要性和緊迫性，并對諧波抑制的方法作了簡單的介紹。并在此基礎上，通過對有源濾波器和無源濾波器各自的優(yōu)缺點以及有源濾波器裝置的結(jié)構(gòu)、原理的分析，提出了基于DSP控制器的三相三線制并聯(lián)型有源電力濾波器裝置的設計方案。 并聯(lián)有源電力濾波器主電路設計是核心環(huán)節(jié)之一。本文在三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器數(shù)學模型的基礎上，通過對采用空間矢量調(diào)制的有源電力濾波器的工作過程的研究和分析，揭示了主電路各參數(shù)之間的相互關系。根據(jù)瞬態(tài)電流跟蹤指標的要求推導出并聯(lián)APF輸出電感的估算公式。基于對電流跟蹤誤差矢量的度量，推導出直流側(cè)電容電壓臨界值表達式。詳細介紹了輸出濾波器參數(shù)的設計方法。 實時、高精度的諧波檢測是有源電力濾波器的重要部分。本文詳細地介紹了瞬時無功功率理論，選擇檢測負載電流的方式以提取諧波。提出了用滑窗迭代作為低通濾波的數(shù)字算法，以快速分離負載電流中的基波分量得到諧波指令。以全數(shù)字控制為重點，對電流環(huán)的數(shù)字控制方式，包括數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的設計做出了比較詳細的分析。 本文用MATLAB/SIMULINK中的電力系統(tǒng)模塊對有源電力濾波器進行了動態(tài)仿真研究。仿真結(jié)果表明這種拓撲結(jié)構(gòu)的有源電力濾波器對電力系統(tǒng)中的諧波抑制具有較好的效果。 在理論分析和仿真研究的基礎上，設計了基于TMS320LF2407A控制的并聯(lián)型電力有源濾波器，對其控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成進行了詳細的介紹。研制了實驗樣機，對并聯(lián)型電力有源濾波器進行了初步的實驗研究。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著自動化技術的發(fā)展和城市化進程的加快，照明用電占人類總發(fā)電量的比重也越來越大，對電子鎮(zhèn)流器的要求也越來越高，即功率因數(shù)高低的要求更加明確，功率因數(shù)高低已成為綜合衡量整流設備的一個重要指標。 本次課題采用功率因數(shù)控制芯片UC3854為核心，設計了一種較寬電壓輸入范圍、固定電壓輸出的250W的AC/DC變換器。對該變換器所用的有源功率因數(shù)校正（APFC）系統(tǒng)與UC3854芯片的原理和結(jié)構(gòu)做了詳細的分析與討論，介紹了UC3854的管腳排列及功能。所設計的以UC3854為核心的有源功率因數(shù)校正器能在90V～220V的寬電壓輸入范圍內(nèi)得到穩(wěn)定的380V直流電壓輸出，并使功率因數(shù)達到0.99以上。 MATLAB強大的信號分析處理能力對高效地設計APFC系統(tǒng)及整定各個環(huán)節(jié)的參數(shù)帶來了極大便利。本文同時也采用MATLAB設計實現(xiàn)了一個有源功率因數(shù)校正器的仿真，用SIMULINK已有模塊模擬了UC3854的控制過程，給出了仿真電路和波形。 本文創(chuàng)新性的將系統(tǒng)工程引入APFC電路中，將系統(tǒng)工程中的建模分析和狀態(tài)空間法應用到此次設計的系統(tǒng)中，使得此次工程設計提升到了抽象的數(shù)學概念上。用數(shù)學模型可以表達出主電路的工作原理，從狀態(tài)空間法中找出了改變系統(tǒng)動態(tài)性能的相應參數(shù)，為此類電路的設計提供了理論依據(jù)。
標簽： 有源功率因數(shù) 校正技術
上傳時間： 2013-05-24
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作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優(yōu)點取得了飛速的發(fā)展，并已在新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)非同步互聯(lián)、無源系統(tǒng)供電、無功補償?shù)葓龊系玫綄嶋H工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數(shù)學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下： 1．建立了系統(tǒng)標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩(wěn)態(tài)功率特性。明確了系統(tǒng)主電路參數(shù)對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數(shù)設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統(tǒng)存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現(xiàn)象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內(nèi)環(huán)控制器與功率外環(huán)離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網(wǎng)側(cè)與VSC交流側(cè)功率節(jié)點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網(wǎng)側(cè)功率節(jié)點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統(tǒng)dq軟件鎖相環(huán)在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環(huán)，提高了不平衡控制算法的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)特性。 4．對VSC閥在交流電網(wǎng)低電壓故障下的過流現(xiàn)象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結(jié)合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網(wǎng)低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網(wǎng)低電壓故障時系統(tǒng)穩(wěn)定與VSC過流問題。 5．在分析現(xiàn)有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結(jié)構(gòu)三個方面出發(fā)，將傳統(tǒng)直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結(jié)構(gòu)引入VSC-HVDC系統(tǒng)，并針對該模塊級聯(lián)式拓撲提出一種系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與模塊獨立運行相結(jié)合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側(cè)電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調(diào)節(jié)的直流側(cè)電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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變頻器在各行各業(yè)中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節(jié)電、改造傳統(tǒng)工業(yè)、改善工藝流程、提高生產(chǎn)過程自動化水平、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經(jīng)濟和生活中普遍需要的新技術。但是現(xiàn)有變頻器的調(diào)制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調(diào)制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業(yè)變頻器高性能調(diào)制算法為對象的研究內(nèi)容： 在闡述了工業(yè)變頻器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、調(diào)制算法、調(diào)速算法的基礎上，結(jié)合數(shù)學模型，分析了共模電壓產(chǎn)生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結(jié)其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區(qū)產(chǎn)生的原因及其影響，以及死區(qū)補償?shù)脑聿⑸鲜鰞蓚€調(diào)制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統(tǒng)給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統(tǒng)及其外圍電路、IGBT驅(qū)動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數(shù)設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統(tǒng)狀態(tài)處理程序、PWM發(fā)送中斷程序、電機啟動函數(shù)、電壓調(diào)整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現(xiàn)一般SVPWM的基礎上，根據(jù)之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區(qū)補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調(diào)制算法在硬件平臺上實現(xiàn)。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調(diào)試，并完成整個程序的編制和調(diào)試。此外，還調(diào)試了系統(tǒng)所需的反激式開關電源。整個系統(tǒng)調(diào)試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現(xiàn)的直通現(xiàn)象等。最終完成了工業(yè)變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調(diào)制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數(shù)校正(PFC)技術引用到串級調(diào)速中來提高定子側(cè)功率因數(shù)的新方法。通過建立電動機折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)中的不控整流橋后，系統(tǒng)可以等效為轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩脈動也進行了分析，發(fā)現(xiàn)能夠比傳統(tǒng)串級調(diào)速時有所提升。鑒于電動機轉(zhuǎn)子側(cè)電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現(xiàn)的特殊考慮和參數(shù)選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現(xiàn)了繞線電動機轉(zhuǎn)子側(cè)的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經(jīng)成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產(chǎn)品，同時電網(wǎng)諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產(chǎn)業(yè)化應用研究。并聯(lián)有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產(chǎn)品的主流。所以本文針對并聯(lián)有源電力濾波器，展開產(chǎn)業(yè)化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯(lián)有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產(chǎn)生的諧波電流時，會出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯(lián)有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩(wěn)態(tài)分析，得到系統(tǒng)的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩(wěn)態(tài)分析方法，可以從理論上理解并聯(lián)有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據(jù)該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現(xiàn)象，本文首先通過負載電流采樣環(huán)節(jié)后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網(wǎng)側(cè)電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據(jù)這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統(tǒng)在諧振頻率處變?yōu)殚_環(huán)控制，使系統(tǒng)穩(wěn)定。經(jīng)過對辦公樓負載的實際并網(wǎng)諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創(chuàng)新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯(lián)補償方案，該方案的特點是模塊化結(jié)構(gòu)及N+1冗余并聯(lián)控制策略、主從總線結(jié)構(gòu)及主機產(chǎn)生、負載電流檢測方案以及并聯(lián)均流策略。主機產(chǎn)生及負載電流檢測是這一并聯(lián)方案的突出特點，體現(xiàn)了本文的創(chuàng)新性工作。本文還對多模塊并聯(lián)系統(tǒng)進行了建模和穩(wěn)定性研究；依據(jù)模塊化并聯(lián)補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產(chǎn)業(yè)化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調(diào)試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業(yè)負載的實際并網(wǎng)實驗，直至工業(yè)樣機定型，對有源電力濾波器的產(chǎn)業(yè)化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經(jīng)有定型的工業(yè)化產(chǎn)品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節(jié)分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結(jié)闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結(jié)構(gòu)三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯(lián)有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩(wěn)態(tài)分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現(xiàn)的諧波放大現(xiàn)象，并利用FFT方法使得系統(tǒng)在諧振頻率處變?yōu)殚_環(huán)控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯(lián)方案，并詳細說明了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結(jié)，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是近年來治理電力系統(tǒng)諧波污染的非常有效的裝置。眾所周知，電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網(wǎng)，嚴重威脅電網(wǎng)和電氣設備的安全運行與正常使用，并且產(chǎn)生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規(guī)劃中關于建設節(jié)約型社會的戰(zhàn)略方針的提出，應用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當前主要的幾種APF的分類以及電路拓撲結(jié)構(gòu)，分別對三相三線和三相四線制APF的結(jié)構(gòu)進行分析，建立了兩種數(shù)學模型，指出三相三線制APF在實際供電系統(tǒng)中應用的局限性。本文介紹了三種當前廣泛采用的電流控制方法和一種比較先進的空間矢量控制方法。對于APF系統(tǒng)的核心--諧波檢測，本文介紹了三種諧波檢測理論，著重對本文設計的APF所采用的瞬時無功功率理論進行詳細的理論分析，在MATLAB軟件中建立一個三相四線制基于瞬時無功功率理論的APF系統(tǒng)仿真模型，驗證瞬時無功功率理論的可行性。 在進行大量理論分析和驗證的基礎上，設計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設計APF系統(tǒng)的電壓周期檢測電路，電流絕對值轉(zhuǎn)換電路等等。軟件上編寫單片機的主程序和中斷程序、DSP的主程序和啟動搬運程序，調(diào)試并給電進行實際測試和實驗分析。
上傳時間： 2013-04-24
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交錯并聯(lián)反激變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便等優(yōu)點，并且可以實現(xiàn)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(tài)，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯(lián)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(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯(lián)反激變換器的優(yōu)點，兩個并聯(lián)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(lián)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(xiàn)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(lián)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(jīng)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(xiàn)的原邊并聯(lián)、副邊并聯(lián)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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開關電源以其效率高、功率密度高在電源領域中占主導地位。開關電源多數(shù)是通過整流器與電力網(wǎng)相接的，經(jīng)典的整流器是由二極管或晶閘管組成的一個非線性電路，其輸入電流波形呈脈沖狀，交流網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)很低，在電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，成為電力公害。開關電源己成為電網(wǎng)最主要的諧波源之一。因此，進行網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)校正成為目前研究的熱點之一。目前研究和應用得較多的高功率因數(shù)變換器要用兩級：DC／DC開關變換器串聯(lián)。這種電路的最大缺點是需要多個元器件、成本高、效率低，尤其在中小功率場合應用時很不經(jīng)濟。現(xiàn)在國內(nèi)外正在開發(fā)研究單級功率因數(shù)校正電路，具有很高的功率因數(shù)且成本低。因而研究單級功率因數(shù)校正及變換技術對抑制諧波污染、開創(chuàng)綠色電源以及實現(xiàn)當今開關電源的小型輕量化具有重大意義。 近年來隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對開關電源的需求與日俱增，開關電源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。隨著開關電源的廣泛應用，開關電源PFC集成控制器顯示出了強大的生命力，它具有集成度高、性價比高、外圍電路簡單和性能指標優(yōu)良等優(yōu)點，現(xiàn)已成為開發(fā)各類電源及開關電源模塊的優(yōu)選集成電路。 本文首先闡述了電網(wǎng)污染的危害、功率因數(shù)的定義，總結(jié)了各種功率因數(shù)校正變換器的典型拓撲，對各種拓撲的特點、應用場合及控制方法作了比較分析，著重詳細介紹了反激拓撲的功率因數(shù)校正變換器的應用及優(yōu)缺點。最后采用功率因數(shù)校正芯片SA7527進行了一個小功率電源的功率因數(shù)校正的設計，用實驗驗證了該設計的可行性，結(jié)果顯示功率因數(shù)能達到0.95左右，達到了較好的功率因數(shù)校正效果。
標簽： 開關電源 功率因數(shù)校正
上傳時間： 2013-06-30
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RS-232／RS-485 無源轉(zhuǎn)換電路設計
上傳時間： 2013-06-30
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