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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在電力系統中，無功功率是影響電網穩定的一個重要因素，它關系到整個電力系統能否安全穩定的運行，無功補償是保證電力系統高效可靠運行的有效措施之一。基于國內電力市場的需求現狀，考慮到無功補償的實現條件和經濟適應性，研制出了一種基于DSP TMS320LF2407A控制的TSC型低壓動態無功補償裝置。該裝置以實時的電網監測數據為依據，以低壓網的最佳無功補償為對象。 本文主要研究了TSC無功補償的基本原理，無功補償的控制方式和原理，以及控制器的軟、硬件的設計。在硬件設計方面，由DSP TMS320LF2407A作為主控制器，能夠實現自動采樣計算、無功自動調節、故障保護、數據存儲等功能，具有比傳統的單片機控制運算速度高，實時性好的特點。采用晶閘管控制投切電容器，完全實現了電容器的快速，無弧，無沖擊投切，具有優良的性能。在軟件上，采用C語言和匯編語言混合編程，遵循模塊化設計原則，提高了系統的通用性和維護的簡易程度。在投切原則上，與常見的功率因數控制方案相比較，采用電壓無功復合控制，避免了輕載投切振蕩，使無功調節更為合理。為了實現裝置應具有的功能，本文設計并制作了較為完整的控制電路及其外圍設備的硬件電路。它們包括觸發電路、采樣電路及通訊電路等。文中設計編寫了整個控制系統的控制程序，給出了控制軟件的結構框圖。在本文中，還設計了電容器保護電路，以及裝置在電網諧波含量超標時采取的保護措施。實驗結果表明，本裝置軟硬件設計合理，控制方法可行，系統運行可靠，達到了預期的目的。
上傳時間： 2013-04-24
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近些年來，隨著電力電子技術的發展，電力電子系統集成受到越來越多的關注，其中標準化模塊的串并聯技術成為研究熱點之一。輸入并聯輸出串聯型(Input-Parallel and Output-Series，IPOS)組合變換器適用于大功率高輸出電壓的場合。 要保證IPOS組合變換器正常工作，必須保證其各模塊的輸出電壓均衡。本文首先揭示了IPOS組合變換器中每個模塊輸入電流均分和輸出電壓均分之間的關系，在此基礎上提出一種輸出均壓控制方案，該方案對系統輸出電壓調節沒有影響。選擇移相控制全橋(Full-Bridge，FB)變換器作為基本模塊，對n個全橋模塊組成的IPOS組合變換器建立小信號數學模型，推導出采用輸出均壓控制方案的IPOS-FB系統的數學模型，該模型證明各模塊輸出均壓閉環不影響系統輸出電壓閉環的調節，給出了模塊輸出均壓閉環和系統輸出電壓閉環的補償網絡參數設計。對于IPOS組合變換器，采用交錯控制，由于電流紋波抵消效應，輸入濾波電容容量可大大減小；由于電壓紋波抵消作用，在相同的系統輸出電壓紋波下，各模塊的輸出濾波電容可大大減小，由此可以提高變換器的功率密度。 根據所提出的輸出均壓控制策略，在實驗室研制了一臺由兩個1kW全橋模塊組成的IPOS-FB原理樣機，每個模塊輸入電壓為270V，輸出電壓為180V。并進行了仿真和實驗驗證，結果均表明本控制方案是正確有效的。
上傳時間： 2013-06-17
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高壓直流電源廣泛應用于醫用X射線機，工業靜電除塵器等設備。傳統的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動態性能差，這些缺點限制了它的進一步應用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點，已成為高壓大功率電源的發展趨勢。本文對應用在高輸出電壓大功率場合的開關電源進行研究，對主電路拓撲、控制策略、工藝結構等方面做出詳細討論，提出實現方案。 高壓變壓器由于匝比很大，呈現出較大的寄生參數，如漏感和分布電容，若直接應用在PWM變換器中，漏感的存在會產生較高的電壓尖峰，損壞功率器件，分布電容的存在會使變換器有較大的環流，降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓撲，它可以利用高壓變壓器中漏感和分布電容作為諧振元件，減少了元件的數量，從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略，可以工作在電感電流連續模式(CCM)和電感電流斷續模式(DCM)，本文對這兩種工作模式進行詳細討論。針對CCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，用基波近似法推導出變換器的穩態模型，給出一種詳盡的設計方法，可以保證所有開關管在全負載范圍內實現零電壓開關，減小電流應力和開關頻率的變化范圍，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為41kV，功率為23kW的高頻高壓電源，實驗結果驗證了分析與設計的正確性。 針對DCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，該變換器可以實現零電流開關，有效地減小IGBT拖尾電流造成的關斷損耗。論文通過電路狀態方程推導出變換器的電壓傳輸比特性，在此基礎上對主電路參數進行設計，并進行仿真驗證。基于該變換器，研制出輸出電壓為66kV，功率為72kW的高頻高壓電源，實驗結果表明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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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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本課題是針對陜西美泰電氣有限公司的一個開發研究項目。在國內,中頻大功率感應加熱電源雖然有許多研究,但是在控制方式上與選取的功率元件上卻有不同,特別是針對DSP控制與選取IGBT作為功率元件的相關文獻較少。數字化控制將是一種趨勢,而IGBT控制靈活,驅動簡單,從而將逐步取代晶閘管,GTO等元件。 本課題主要以并聯諧振型感應加熱電源為研究對象,采用了IGBT為功率開關元件的主電路,比較了直流調功和逆變調功的優缺點,最終選擇了三相全控晶閘管整流的調功方式,同時也描述了重疊時間對逆變器的影響。計算分析了整流側和逆變側的必要參數以及并聯諧振槽路的參數,本文在MATLAB/Simulink環境下建立了10kHz/500kW并聯諧振型感應加熱系統的仿真模型,對整流調功、鎖相環頻率跟蹤、逆變器的啟動等仿真波形進行了重點分析并得出結論。在此理論基礎上,設計了基于DSPTMS320F2812 10kHz/500kW感應加熱電源的控制器,其中重點研究了閉環調功控制系統、鎖相環頻率跟蹤系統、重疊時間、整流側晶閘管脈沖觸發產生和相序判斷以及逆變器啟動的全數字化控制。同時,設計了過壓過流保護電路以及外圍采樣電路、檢測電路,特別是過壓保護,本文給出了一種箝位思想并對此思想進行了仿真證明了其正確性和可行性,以便使電源和IGBT更安全的工作。最后,對本文所提出的控制方案進行實驗驗證,證明了本文理論計算分析的正確性和控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-09
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無功功率是影響電壓穩定的一個重要因素,它關系到整個電力系統能否安全穩定的運行。由于工業企業存在大量低功率因數、沖擊性負載,導致大量無功的產生；同時,隨著電力電子技術的發展,在工業領域內大功率的電力電子設備得到廣泛運用,然而,由于電力電子設備的非線性特性,運行時又會產生大量諧波,因此,如何將無功補償與諧波抑制同時進行考慮,是未來無功補償技術領域的重要研究課題之一。 本文介紹了功率理論的發展,以及常用的無功補償方式的原理和特點,同時重點介紹了瞬時無功功率理論以及以此為基礎的TSC無功補償控制器。在硬件方面,本文設計了基于LF2407ADSP芯片的TSC控制器、控制器外圍電路及主電路三大模塊。在軟件方面,本文包括數據采集軟件、控制投切算法、觸發控制軟件三部分。其中著重介紹了無沖擊電流投入電容的設計思路,得出了一個好的電路。 軟件仿真和樣機實測結果表明,這種TSC裝置在提供動態無功功率補償和減小沖擊涌流方面具有優良的性能。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著通訊技術和電力系統的發展，對通訊用電源和電力操作電源的性能、重量、體積、效率和可靠性都提出了更高的要求。而應用于中大功率場合的全橋變換器與軟開關的結合解決了這一問題。因此，對其進行研究設計具有十分重要的意義。 首先，論文闡述PWM DC/DC變換器的軟開關技術，且根據移相控制PWM全橋變換器的主電路拓撲結構，選定適合于本論文的零電壓開關軟開關技術的電路拓撲，并對其基本工作原理進行闡述，同時給出ZVS軟開關的實現策略。 其次，對選定的主電路拓撲結構進行電路設計，給出主電路中各參量的設計及參數的計算方法，包括輸入、輸出整流橋及逆變橋的器件的選型，輸入整流濾波電路的參數設計、高頻變壓器及諧振電感的參數設計以及輸出整流濾波電路的參數設計。 然后，論述移相控制電路的形成，對移相控制芯片進行選擇，同時對移相控制芯片UC3875進行詳細的分析和設計。對主功率管MOSFET的驅動電路進行分析和設計。 最后，基于理論計算，對系統主電路進行仿真，研究其各部分設計的參數是否合乎實際電路。搭建移相控制ZV SDC/DC全橋變換器的實驗平臺，在系統實驗平臺上做了大量的實驗。 實驗結果表明，論文所設計的DC/DC變換器能很好的實現軟開關，提高效率，使輸出電壓得到穩定控制，最后通過調整移相控制電路，可實現直流輸出的寬范圍調整，具有很好的工程實用價值。
上傳時間： 2013-08-04
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混合動力汽車作為解決汽車節能、降低排放的汽車工業新技術，具有低污染和低油耗的特點，尤其在油價日益攀高的今天，成為國內外汽車發展的新熱點。驅動控制器作為混合動力汽車中的主要部件，在混合動力汽車中起到至關重要的作用，對其進行研究具有重要的理論和現實意義。 本文首先比較了常見的幾種電動汽車的性能，概括了混合動力汽車的優點，介紹了混合動力汽車發電機/電動機一體化技術的發展現狀；其次探討了幾種常用交流電動機的性能優劣。由于永磁同步電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能，因此該電機成為本課題混合動力汽車傳動中所使用的電機，論文建立了永磁電動機的數學模型，分析了矢量控制原理；在矢量控制原理的基礎上，設計出了基于TMS320F2812的永磁同步電機矢量控制系統的硬件結構，詳細闡述了旋轉變壓器及其解碼芯片在系統中的角度和速度的檢測原理以及系統中其他重要的單元。設計了系統的軟件結構，詳細闡述了關鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產生子程序：使用UG軟件設計出控制器的殼體。最后進行了實驗研究，給出SVPWM波形、相電流波形，進行了全文總結，提出了下一步工作的建議。
上傳時間： 2013-05-21
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