數字技術、電力電子技術以及控制論的進步推動弧焊電源從模擬階段發展到數字階段。數字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規模集成、方便升級，成為焊機的發展方向，推動了焊接產業的巨大發展。針對傳統的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結構的焊機主電路實現方法和基于“MCU+DSP”的數字化埋弧焊控制系統的設計方案。 本文詳細介紹了埋弧焊的特點和應用，從主電源、控制系統兩個方面闡述了數字化逆變電源的發展歷程，對數字化交流方波埋弧焊的國內外研究現狀進行了深入探討，設計了雙逆變結構的數字化焊接系統，實現了穩定的交流方波輸出。 根據埋弧焊的電弧特點和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結構設計焊機主電路，一次逆變電路選用改進的相移諧振軟開關，二次逆變電路選用半橋拓撲形式，并研究了兩次逆變過程的原理和控制方式，進行了相關參數計算。根據主電路電路的設計要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機主控系統來實現焊接電源的控制。其中主控板單片機ATmega64L主要負責送絲機和行走小車的速度反饋及閉環PI運算、電機PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負責焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環PI運算以及控制焊接時序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉編碼器進行焊接參數和焊接狀態的給定，預置和顯示各種焊接參數，快速檢測焊機狀態并加以保護。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協議交換數據。通過軟件設計，實現焊接參數的PI調節，精確控制了焊接過程，并進行了抗干擾設計，解決了影響數字化埋弧焊電源穩定運行的電磁兼容問題。 系統分析了交流方波參數的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設計的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時序，并可以有效抑制功率開關器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數字化交流方波埋弧焊的控制系統和焊接試驗進行了總結，分析了系統存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關鍵詞：埋弧焊；交流方波；數字化；逆變；軟開關技術
上傳時間： 2013-04-24
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變頻器在各行各業中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節電、改造傳統工業、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調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制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、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?？偨Y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；還闡述了死區產生的原因及其影響，以及死區補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統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控制系統及其外圍電路、IGBT驅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、系統狀態處理程序、PWM發送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 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，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調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出現的直通現象等。最終完成了工業變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替傳統串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。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、電磁轉矩脈動也進行了分析，發現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻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，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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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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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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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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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??；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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近年來在運動控制領域三電平中壓變頻器的開發研究得到了廣泛關注，三電平逆變器使得電壓型逆變器的大容量化、高性能化成為可能，研究和開發三電平逆變器，無論在技術上還是在實際應用上都有十分重要的意義。 本文首先論述了三電平逆變器的原理，詳細分析了一種控制策略—空間電壓矢量法，給出PWM波的計算公式和開關動作次序，并仿真出波形。 其次闡述了三電平逆變器的主電路構成、功率器件MOSFET的驅動技術和基于DSP2407A控制系統硬件電路設計，并據此設計出了一套小容量三電平逆交器實驗裝置。 最后介紹了三電平空間電壓矢量控制算法的實現和軟件設計，給出了實驗裝置的運行結果，并分析了設計中存在的問題。
上傳時間： 2013-04-24
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風能作為一種清潔可再生能源，發展迅速，已經成為世界新能源最主要的發展方向之一。本文以863計劃項目"MW級風力發電機組電控系統研制"為研究背景，介紹了1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統，研究了變流系統中逆變器的控制方法。 本文首先對風力發電進行了概述，介紹了我國和世界風電發展狀況以及技術發展趨勢。當今風力發電技術，大功率直驅化和雙饋是兩個發展方向，本課題1.2MW風力發電系統就是采用了永磁同步電機加交直交變流系統的結構模式，中間省去了齒輪箱，減少了維護，具有較好的發展前景。 論文第二章首先對風輪機葉片的空氣動力特性進行了分析，介紹了不同風速下風力發電機的控制策略。就直驅技術與變速箱/感應電機技術--目前風力發電領域變速恒頻技術的兩大發展方向作了較為詳細的介紹分析。 在變流系統中，逆變并網是重要的環節，起到了將電能傳輸到電網的作用。文章中重點分析了三相并網逆變器的主電路結構、原理和工作方法，并進行了理論推導和公式說明。 本文對1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統的主電路參數的選擇作了理論推導和計算，包括主電路直流側電容，網側電感，三重化升壓電感，網側濾波電容等，還確定了斬波和逆變部分所采用的開關管和六相整流所采用的二極管，并在額定正常工作情況下，分別計算斬波和逆變部分開關管的損耗和開關管的結溫。 本課題采用瞬時電流法對并網逆變器進行控制。在實驗中上確定了電壓外環和電流內環的PI參數，順利完成了閉環控制實驗。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根據控制流程圖對其控制進行了軟硬件設計，實現了控制板上的信號采集、運算、故障檢測、電路驅動等功能。并進行了小功率試驗，得到了較好的電壓電流波形，并對波形進行了詳細分析，驗證了本文采用方法的正確性。
上傳時間： 2013-07-06
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移動無線信道特性對移動通信系統性能具有重要影響，移動信道建模和仿真對移動通信系統的研發具有重要意義。因此，對移動信道建模與仿真進行研究，具有重要的理論意義和實際應用價值。 本文從無線電波的傳播特點出發，分析了無線電波的傳播模型和描述信道特性的主要參數，重點分析了移動小尺度衰落模型；結合無線電波傳輸環境的特點，研究了平坦衰落信道和頻率選擇性信道的特點，設計了基于FPGA的移動無線信道仿真器，同時給予了軟硬件驗證。 本文從衰落的數學模型角度研究了信道傳輸特性，以及各項參數對信道特性的影響。主要做了以下幾個方面的工作： 1.簡要介紹了無線電通信的發展史及信道建模與仿真的意義；論述了信道對無線信號主要的三類影響：自由空間的路徑損失、陰影衰落、多徑衰落；分析了無線通信傳播環境，移動無線通信信道仿真的基本模型，同時介紹了用正弦波疊加法和成型濾波器法建立信道確定型仿真模型的具體實現方法。 2.對移動無線信道特性進行了Matlab仿真，對仿真結果進行了對比分析，對影響信道特性的主要參數設置進行了分析仿真。 3.設計了一種基于FPGA的移動無線信道仿真器，并對實現該仿真器的關鍵技術和實現方法進行了分析。該信道仿真器能夠實時模擬窄帶信號條件下無線信道的主要特點，如多徑時延、多普勒頻移、瑞利衰落等，其主要的技術指標達到了設計要求。該模擬器結構簡單，參數可調，易于擴展，通用性強，可以部分或全部集成到處于研制階段的接收機中，以便于性能測試，也可應用于教學實踐。
上傳時間： 2013-04-24
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