隨著電力電子技術的發展,對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數電力電子裝置通過整流器與電網接口,而傳統的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流,對電網造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波,因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發展現狀及發展要求,詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現原理,在此基礎上確定了主電路結構,并制定了控制系統方案。 鑒于功率要求,本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型,基于所建立的模型分析了變換器的特性,列出各變換器的優缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后,對所設計的系統進行了仿真分析。 本文根據用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級,前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數校正電路,后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機,并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著用戶對供電質量要求的進一步提高,模塊化UPS 并聯系統獲得了越來越廣泛的應用。本文以模塊化UPS為研究對象,根據電路結構,將其分為直流部分模塊化和交流部分模塊化分別進行討論。整流環節對Boost-PFC 電路進行并聯控制,實現直流部分的模塊化;逆變環節在瞬時電壓PID 控制的基礎上,引入了瞬時均流的并聯控制策略,實現交流部分的模塊化。 介紹了有源功率因數校正技術的基本原理和控制思路,分析了單管雙Boost-PFC電路的工作過程,并將其簡化等效成常規的Boost 電路進行分析和控制。根據控制系統的結構,分別對電流控制環和電壓控制環進行了分析,得出了電感電流主要受電流指令的影響,而輸入輸出電壓差的影響則相對比較小;輸出電壓主要受參考給定指令電壓、緩啟給定指令電壓以及輸出電流等因素的影響。根據電流環和電壓環的解析表達式,給出了并聯控制的方法及原理。 對單相電路、三相電路以及多模塊并聯電路分別進行了仿真驗證,對多模塊的并聯系統進行了實驗驗證。建立了單相逆變器的數學模型,并加入PID 控制器,得到了輸出電壓的解析表達式,得出逆變器輸出電壓與參考給定電壓和輸出電流有關。利用極點配置的方法得到了模擬域PID 控制器參數的計算公式,并采用后向差分法,將其轉換到數字域,得到了數字PID 控制器參數與模擬域參數的換算關系。通過實驗測試和曲線擬合的辦法,得到了實際逆變器的電路參數。通過對所設計的數字PID 控制器進行仿真和實驗,驗證了理論分析和計算。建立了PID 電壓閉環的多逆變器并聯系統數學模型,分析得出并聯系統的輸出電壓主要由系統中各模塊的平均給定電壓決定,同時也受較高次的輸出諧波電流影響,受輸出基波電流影響相對較小;環流主要受模塊的給定電壓與系統平均給定電壓的偏差影響。針對環流產生的原因,提出了一種瞬時均流控制策略來減小系統環流對給定電壓偏差的增益,從而達到瞬時均流的目的。 對兩逆變模塊并聯的系統在各種工況下進行了仿真和實驗,驗證了理論分析的正確性和這種瞬時均流控制策略的可行性。
上傳時間: 2013-04-24
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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分,廣泛地應用于電動車、電力設備、產業設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯控制技術以其廣泛的應用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高,高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當今逆變電源的發展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑,設計大功率的逆變器和采用逆變器并聯技術實現電源模塊化。 為此,本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象,采用全數字化控制方式,主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術和并聯控制技術。本文圍繞大功率組合式三相逆變器,對其主電路結構、系統的數學模型、波形控制技術以及并聯系統模型、并聯控制方案進行了較為詳細的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結構,并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標系下的數學模型。針對大功率組合式三相逆變器,采用在dq 坐標系下的三相電壓閉環統一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質量,采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理,并針對400kVA 三相逆變器的系統性能,給出了相應數字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統的仿真模型,給出了理論研究結果。提出了有效提高系統動態性能的兩種方法:加負載電流前饋和動態過程中強制改變改變調制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護技術,提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環相結合的方案,保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯系統的結構、環流特性及逆變器的輸出功率進行了分析。詳細分析了輸出阻抗特性不同時,逆變器環流和輸出功率分配的差異,得出了輸出阻抗對環流和功率影響的一般規律。針對大功率三相逆變器并聯系統,采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理,逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調制原理。根據400kVA 三相逆變器并聯系統的輸出阻抗特性,采用了無功調節輸出電壓幅值和同步鎖相實現相位同步的并聯控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機上得到了實驗驗證。實驗結果進一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯控制策略有效可行性。
上傳時間: 2013-07-03
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隨著綠色工程的實施,在照明領域,已將電力電子技術廣泛應用到電氣照明中去,所以尋找綠色、高效、長壽命、光色好等優點的照明設備已成為必然。高強度氣體放電燈(High-Intensity-Discharge)由于光效高而節能,已經在照明領域取得廣泛的應用。但傳統的電感鎮流器存在諸多缺點,故與之配套的HID燈電子鎮流器的開發成為研究的熱點,本文對基于數字控制的HID燈電子鎮流器進行了研究與設計。 本文第二章闡述了氣體放電的基礎知識和電光源的基本參數。比較了電子電感鎮流器的優缺點,針對HID燈對電子鎮流器的要求,介紹了電子鎮流器基本原理和發展趨勢。第三章對高強度氣體放電燈的關鍵技術進行了研究。首先是對電子鎮流器的拓撲結構進行分析與比較,選定了傳統的三級結構進行設計,其次是對電子鎮流器的核心-逆變器的結構進行了分析,選定了全橋逆變結構,再次是對HID燈的各種點火電路的結構進行分析,本文選定了用單片機進行控制的點火的方式;最后是對燈的聲諧振進行了各種方式的比較與分析,給出通過數字調頻的方式來抑制聲諧振理論分析。第四章主要通過比較各種功率因數校正的優缺點,并采取了基于boost結構的臨界功率因數校正。第五章對HID燈啟動工作過程進行了分析,提出了三段線性控制的策略,給出了控制的理論分析;比較了間接和直接兩種控制恒功率的方法,選定間接控制方式。第六章主要對數字控制的250W金鹵燈的樣機的實現中的部分電路(保護、驅動、逆變)進行分析與設計并給出了部分電路圖和軟件設計的流程圖以及部分仿真與試驗波形。最后在第七章對試驗結果進行分析,對本文的設計進行小結以及對未來的展望。
上傳時間: 2013-07-16
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現如今,逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的,很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統中,逆變裝置具有調速范圍寬,輸出頻率變化快等特點,而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下,分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出,達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統中的應用進行研究,主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則,重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害,提出了改善電壓電流沖擊的方法,并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外,本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺,在開環的VVVF調速系統中進行了分段同步調制載波比切換實驗;在Matlab/Simulink環境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型,進行了分段同步調制載波比切換仿真;實驗和仿真結果表明,文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發生的沖擊,所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間: 2013-08-04
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本課題為電流型高電壓隔離電源,它是基于交流電流母線的分布式系統,能夠整定短路電流,適應高電壓工作環境的隔離電源。本論文介紹了該課題的應用場合,簡要介紹了分布式系統的種類及各自優勢,以及已有的電流型副邊穩壓電路相關的研究成果,并在此基礎上提出了本課題的研究目標。 本篇論文主要針對課題方案的三個方面進行論述,分別闡述如下: 一,母線電流產生系統與電流型副邊開關電路的匹配問題,包括各部分電路的功能介紹、電流型副邊開關電路的小信號等效電路的建模、高電壓隔離變壓器及磁元件的選擇; 二,模塊體積小型化有利于高壓部件的設計安裝和EMS防護。為了省去體積較大的輔助電源部分,本課題采用了副邊電路自供電的方式。在低壓自供電方式下,利用比較器、TLA31等器件產生多路同步三角波以及開關驅動PWM脈沖。對自供電方式下的三角波振蕩器進行比較,并對三角波振蕩器電路模塊進行了建模以及系統反饋補償; 三,在本方案中實現了電流源拓撲的同步整流技術,利用PMOS管替代續流二極管,減小了電路的損耗、散熱器的使用以及模塊的體積。 本篇論文對本課題設計的核心部分進行了比較詳細的介紹和分析,具體的參數計算方法也一一列出。最終,論文以研究目標為方向,通過一系列的改進措施,基本實現了課題要求。
上傳時間: 2013-06-24
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本書主要闡述設計射頻與微波功率放大器所需的理論、方法、設計技巧,以及將分析計算與計算機輔助設計相結合的優化設計方法。這些方法提高了設計效率,縮短了設計周期。本書內容覆蓋非線性電路設計方法、非線性主動設備建模、阻抗匹配、功率合成器、阻抗變換器、定向耦合器、高效率的功率放大器設計、寬帶功率放大器及通信系統中的功率放大器設計。 本書適合從事射頻與微波動功率放大器設計的工程師、研究人員及高校相關專業的師生閱讀。 作者簡介 Andrei Grebennikov是M/A—COM TYCO電子部門首席理論設計工程師,他曾經任教于澳大利亞Linz大學、新加坡微電子學院、莫斯科通信和信息技術大學。他目前正在講授研究班課程,在該班上,本書作為國際微波年會論文集。 目錄 第1章 雙口網絡參數 1.1 傳統的網絡參數 1.2 散射參數 1.3 雙口網絡參數間轉換 1.4 雙口網絡的互相連接 1.5 實際的雙口電路 1.5.1 單元件網絡 1.5.2 π形和T形網絡 1.6 具有公共端口的三口網絡 1.7 傳輸線 參考文獻 第2章 非線性電路設計方法 2.1 頻域分析 2.1.1 三角恒等式法 2.1.2 分段線性近似法 2.1.3 貝塞爾函數法 2.2 時域分析 2.3 NewtOn.Raphscm算法 2.4 準線性法 2.5 諧波平衡法 參考文獻 第3章 非線性有源器件模型 3.1 功率MOSFET管 3.1.1 小信號等效電路 3.1.2 等效電路元件的確定 3.1.3 非線性I—V模型 3.1.4 非線性C.V模型 3.1.5 電荷守恒 3.1.6 柵一源電阻 3.1.7 溫度依賴性 3.2 GaAs MESFET和HEMT管 3.2.1 小信號等效電路 3.2.2 等效電路元件的確定 3.2.3 CIJrtice平方非線性模型 3.2.4 Curtice.Ettenberg立方非線性模型 3.2.5 Materka—Kacprzak非線性模型 3.2.6 Raytheon(Statz等)非線性模型 3.2.7 rrriQuint非線性模型 3.2.8 Chalmers(Angek)v)非線性模型 3.2.9 IAF(Bemth)非線性模型 3.2.10 模型選擇 3.3 BJT和HBT汀管 3.3.1 小信號等效電路 3.3.2 等效電路中元件的確定 3.3.3 本征z形電路與T形電路拓撲之間的等效互換 3.3.4 非線性雙極器件模型 參考文獻 第4章 阻抗匹配 4.1 主要原理 4.2 Smith圓圖 4.3 集中參數的匹配 4.3.1 雙極UHF功率放大器 4.3.2 M0SFET VHF高功率放大器 4.4 使用傳輸線匹配 4.4.1 窄帶功率放大器設計 4.4.2 寬帶高功率放大器設計 4.5 傳輸線類型 4.5.1 同軸線 4.5.2 帶狀線 4.5.3 微帶線 4.5.4 槽線 4.5.5 共面波導 參考文獻 第5章 功率合成器、阻抗變換器和定向耦合器 5.1 基本特性 5.2 三口網絡 5.3 四口網絡 5.4 同軸電纜變換器和合成器 5.5 wilkinson功率分配器 5.6 微波混合橋 5.7 耦合線定向耦合器 參考文獻 第6章 功率放大器設計基礎 6.1 主要特性 6.2 增益和穩定性 6.3 穩定電路技術 6.3.1 BJT潛在不穩定的頻域 6.3.2 MOSFET潛在不穩定的頻域 6.3.3 一些穩定電路的例子 6.4 線性度 6.5 基本的工作類別:A、AB、B和C類 6.6 直流偏置 6.7 推挽放大器 6.8 RF和微波功率放大器的實際外形 參考文獻 第7章 高效率功率放大器設計 7.1 B類過激勵 7.2 F類電路設計 7.3 逆F類 7.4 具有并聯電容的E類 7.5 具有并聯電路的E類 7.6 具有傳輸線的E類 7.7 寬帶E類電路設計 7.8 實際的高效率RF和微波功率放大器 參考文獻 第8章 寬帶功率放大器 8.1 Bode—Fan0準則 8.2 具有集中元件的匹配網絡 8.3 使用混合集中和分布元件的匹配網絡 8.4 具有傳輸線的匹配網絡 8.5 有耗匹配網絡 8.6 實際設計一瞥 參考文獻 第9章 通信系統中的功率放大器設計 9.1 Kahn包絡分離和恢復技術 9.2 包絡跟蹤 9.3 異相功率放大器 9.4 Doherty功率放大器方案 9.5 開關模式和雙途徑功率放大器 9.6 前饋線性化技術 9.7 預失真線性化技術 9.8 手持機應用的單片cMOS和HBT功率放大器 參考文獻
上傳時間: 2013-04-24
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隨著現代科技的迅速發展,逆變電源的應用越來越廣泛。同時,各行各業對逆變電源的性能也提出了更高的要求。好的逆變電源輸出波形要求不但具有高的穩態性能,還應有快的動態響應。單一的控制策略很難同時滿足這兩方面的要求。因此,各種控制策略取長補短、相互滲透,構成復合控制器,是一種趨勢所在。 本文討論了當今各種比較流行的數字控制策略的優缺點,重點分析了無差拍控制和重復控制這兩種控制策略的控制原理,并對其控制算法做了適當改進。無差拍控制動態性能極佳,但其穩態性能不理想,尤其是在帶非線性負載時輸出電壓波形的總諧波畸變較大;而重復控制恰恰相反,它有著很好的穩態性能,但由于周期延遲環節的存在,控制指令不是立即輸出,而是滯后一個參考周期才輸出,使其動態性能較差。本文采用單相全橋拓撲結構為逆變器主電路,建立了它的連續狀態空間模型和離散狀態空間模型,分析了它的開環輸出特性,并分別闡述了改進的無差拍控制器和重復控制器參數的設計方法。 文章提出將改進的無差拍控制和重復控制這兩種控制策略相結合,組成復合控制策略。利用MATLAB建立了控制系統的仿真模型,仿真實驗結果證明該復合控制策略能使逆變電源獲得理想的穩態和動態性能。最后介紹了以高性能數字信號處理器TMS320F2812為控制核心的逆變電源控制系統的軟硬件設計。
上傳時間: 2013-07-31
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近年來隨著用電設備對供電電源的性能和可靠性要求越來越高,不間斷供電系統(UPS)得到了廣泛應用。UPS模塊化并聯可實現大容量供電和冗余供電,是提高UPS容量和可靠性的一條重要途徑,因而被公認為當今逆變技術發展的重要方向之一。 本文主要致力于無輸出隔離變壓器的逆變器并聯系統環流特性及其并聯控制實現的研究。首先探討了基于電壓電流雙閉環控制的逆變器控制設計方法,在確定雙閉環控制逆變器閉環傳遞函數并了解其等效輸出阻抗特性的基礎上,建立了基于等效輸出阻抗的并聯系統模型分析其環流特性,并提出了一種新的基于有功功率和無功功率的逆變器并聯控制方案,包括:基準電壓相位和幅值的調整,PI控制參數設計,有功和無功功率計算,逆變輸出電壓同步鎖相等。此外本文還特別討論了雙閉環控制逆變器輸出電壓直流分量產生原因,提出了逆變器輸出電壓直流分量檢測與高精度數字調節方法,研究了雙閉環控制逆變器并聯系統直流環流產生原因及其檢測與抑制方法。最后通過實驗和實驗波形驗證本文所介紹的逆變器并聯控制方案的可行性。
上傳時間: 2013-04-24
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工業領域中需要大量的AC/DC整流電源。隨著現代電力電子技術的不斷發展,人們曰益意識到低功率因數整流系統造成了諧波污染和電網公害。因此消除電網諧波污染,提高功率因數,成為整流系統的發展趨勢。由于中大功率的電力電子設備在電網中占很大的比重,因此高功率因數的三相整流器的研究已成為當今國內外研究的一大熱點。 隨著數字控制技術的不斷發展,越來越多的控制策略通過數字信號處理器(DSP)得以實現。數字控制的特有優點:簡化硬件電路,克服了模擬電路中參數溫度漂移的問題,控制靈活且易實現先進控制等,使得所設計的電源產品不僅性能可靠,且易于大批量生產,從而降低了開發周期。因此,數字化控制電源已成為當今于開關電源產品設計的潮流。 本文首先給出了幾種常見的三相功率因數校正方案,并對其進行了比較和分析,在前面的基礎上提出了:三相三開關三電平拓撲結構和雙閉環控制的策略結合的三相PFC系統。緊接著介紹了DSP芯片的特點及其在電力電子裝置中的應用,首先介紹目前DSP芯片的發展,通過比較選定了TI公司的TMSLF2407芯片作為本文的處理芯片,而后基于對TMSLF2407芯片的內部資源和該芯片數字式PWM信號產生的原基于DSP的三相有源功率因數校正研究與設計理的分析,提出了三相PFC的數字化解決方案。在第四章中介紹了基于DSP數字控制的PFC的總體設計方案,電路所采用的是基于平均電流方案的雙閉環控制策略。內環通過瞬時值控制獲得快速的動態性能,保證輸出畸變率較低,外環使用輸出電壓的瞬時值控制,具有較高的輸出精度。本文最后應用仿真軟件MATLAB中的SIMULINK對系統進行仿真,驗證控制策略的可行性,并有助于系統主電路和控制電路的設計。對于三相變換器這種復雜的非線性系統,需要模擬、數字信號混合仿真,仿真比較難以實現。一是因為模型難以建立二是即使建立起一個模型,由于電路復雜,仿真軟件也未必能保證其收斂性。所以經過簡化,利用MATLAB中的SIMULINK構建了變換器的電壓模型,用于驗證設計方法和設計參數的正確性。
上傳時間: 2013-05-31
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