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(shè)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(guān)于建設(shè)節(jié)約型社會的戰(zhàn)略方針的提出，應(yīng)用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應(yīng)用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當(dāng)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(xué)模型，指出三相三線制APF在實際供電系統(tǒng)中應(yīng)用的局限性。本文介紹了三種當(dāng)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(shè)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(chǔ)上，設(shè)計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設(shè)計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設(shè)計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設(shè)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。
標(biāo)簽： 并聯(lián)型 仿真 有源電力濾波器
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流電源系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題受到越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網(wǎng)注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數(shù)校正技術(shù)是減小用電設(shè)備對電網(wǎng)造成的諧波污染，提高功率因數(shù)的一項有力措施。本文所做的主要工作包括以下幾部分： 1.分析了單位功率因數(shù)三相橋式整流的工作原理，這種整流拓撲從工作原理上可以分成兩部分：功率因數(shù)補償網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)整流網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，為整流電路建立了精確的數(shù)學(xué)模型。 2.這種單位功率因數(shù)三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當(dāng)負載發(fā)生變化時，其功率因數(shù)會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規(guī)整流網(wǎng)絡(luò)向電網(wǎng)注入的諧波可以由功率因數(shù)補償網(wǎng)絡(luò)進行補償，所以輸入功率因數(shù)相應(yīng)提高。負載消耗的有功由電網(wǎng)提供，補償網(wǎng)絡(luò)既不消耗有功也不提供任何有功。根據(jù)功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷由滯環(huán)電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關(guān)工作在高頻下，因此輸入電感值相應(yīng)降低。仿真和實驗結(jié)果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數(shù)接近1。 3.根據(jù)IEEE-519標(biāo)準(zhǔn)對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數(shù)三相橋式整流提出了另一種控制方法。該方法綜合考慮單次諧波電流畸變率、總諧波畸變率、功率因數(shù)、有功消耗等性能指標(biāo)，并進行優(yōu)化，推導(dǎo)出最優(yōu)電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優(yōu)電流補償增益和相移的電流補償濾波器，得到補償后期望的電網(wǎng)電流，驅(qū)動雙向開關(guān)導(dǎo)通和關(guān)斷。仿真和實驗都收到了滿意的效果，使這一整流橋可以工作在較寬的負載范圍內(nèi)。 4.單位功率因數(shù)三相橋式整流中直流側(cè)電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態(tài)性能，將簡單自適應(yīng)控制應(yīng)用到了直流側(cè)電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標(biāo)修改自適應(yīng)參數(shù)的方法，可以在實現(xiàn)對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規(guī)的PI型簡單自適應(yīng)控制相比在適應(yīng)律的計算中引入了控制量的增量和狀態(tài)誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側(cè)電壓設(shè)計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結(jié)果表明與PI型適應(yīng)律相比，新的控制器能提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能，負載變化時系統(tǒng)的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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開關(guān)損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關(guān)頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關(guān)技術(shù)能夠有效的降低開關(guān)損耗，提高變流器的效率和開關(guān)頻率，被廣泛的應(yīng)用在各種大功率開關(guān)電源場合。 本文首先對軟開關(guān)技術(shù)進行了一個概述，介紹了軟開關(guān)技術(shù)的工作原理及發(fā)展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關(guān)技術(shù)。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(guān)電路的工作原理和開關(guān)損耗。然后，分析了全橋軟開關(guān)兩種常見的實現(xiàn)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(guān)實現(xiàn)方法，軟開關(guān)實現(xiàn)效果，軟開關(guān)實現(xiàn)范圍和總體效率，指出了它們的優(yōu)缺點和各自適合的應(yīng)用領(lǐng)域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關(guān)的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現(xiàn)方法和對軟開關(guān)效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關(guān)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(shè)計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關(guān)電路的小信號模型，分析了軟開關(guān)技術(shù)的引入對傳統(tǒng)PWM硬開關(guān)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(shè)計步驟，如方案選擇，磁設(shè)計、控制環(huán)路設(shè)計、副邊整流電壓尖峰吸收等關(guān)鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數(shù)據(jù)，驗證了上述理論和設(shè)計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
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基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究是自動控制領(lǐng)域發(fā)展的一個熱點。在各種工業(yè)現(xiàn)場總線中，CAN總線以其成本低、速度快、實時性和可靠性較高等特點被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。CIA(CAN in Automation)協(xié)會發(fā)布了完整的CANopen協(xié)議，定義了應(yīng)用層和通訊子協(xié)議，為基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用提供了解決之道。 本文研究國內(nèi)外現(xiàn)場總線發(fā)展現(xiàn)狀后，以改善現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的運行效率，提高實時性和信息處理能力為前提，淺析CAN總線高層通訊協(xié)議CANopen，分析了主、從節(jié)點的各個功能，說明了功能的設(shè)計和實現(xiàn)方案。 然后，本文將CANopen協(xié)議應(yīng)用于分布式控制系統(tǒng)，詳細論述了基于PIC18控制器的從節(jié)點和基于DSP控制器的主節(jié)點的實現(xiàn)過程。主、從節(jié)點具有基于CANopen協(xié)議的總線通信功能。從節(jié)點具有數(shù)字量和模擬量輸入輸出功能。主節(jié)點可以通過鍵盤對各節(jié)點運行狀態(tài)和各節(jié)點參數(shù)進行調(diào)整，還可以通過液晶屏顯示實時控制量和各節(jié)點運行狀態(tài)。PC機能在線監(jiān)測CAN報文數(shù)據(jù)流。本文對兩種類型節(jié)點的設(shè)計思想、硬件組成和軟件設(shè)計均做了詳盡的闡述，并給出了部分關(guān)鍵硬件原理圖和軟件流程圖。 最后，把已開發(fā)的從節(jié)點和主節(jié)點組成一個溫度測控系統(tǒng)和一個電機控制系統(tǒng)。經(jīng)過實驗室測試，證明系統(tǒng)具有良好的實時性，通訊穩(wěn)定可靠，解決了傳統(tǒng)CAN總線節(jié)點通訊可控性差，無法靈活設(shè)置的問題。對目前國內(nèi)CAN總線應(yīng)用中大多把精力放在硬件之上的底層軟件開發(fā)，少有使用上層軟件協(xié)議的習(xí)慣，起到了一定的推動意義，提高了應(yīng)用水平。
標(biāo)簽： CANopen 協(xié)議 分布式控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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由于高頻PWM整流器可以提供正弦化低諧波的輸入電流，可控功率因數(shù)，及雙向能量流動，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)側(cè)單電感濾波會帶來一些問題，首先要想得到較好的濾波效果，必須增大電感值，這樣系統(tǒng)的動態(tài)性能會變差，而且成本增加。另外，整流器的功率比較大時，交流側(cè)的濾波的損耗也會增大。為了解決上述問題，本文研究了基于LCL濾波的高頻PWM整流器。在交流側(cè)應(yīng)用LCL 濾波器可以減少電流中的高次諧波含量,并在同樣的諧波要求下,相對純電感型濾波器可以降低電感值的大小，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。 文章首先對高頻PWM整流器的工作原理做了詳細的介紹，并對基于L和LCL兩種不同的濾波器，分別在ABC靜止坐標(biāo)系，αβ靜止坐標(biāo)系和dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中建立了數(shù)學(xué)模型。文章中將L濾波的電壓型三相PWM整流器的控制方法應(yīng)用于LCL濾波情況。基于dq軸模型，提出了雙閉環(huán)的控制策略，電流內(nèi)環(huán)采用前饋解耦控制。為了提高電流的跟隨性能，按照典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。為了提高電壓環(huán)的抗干擾性，按照典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計電壓調(diào)節(jié)器。 文章還詳細討論了LCL濾波器帶來的諧振問題，以及參數(shù)設(shè)計方法，列出了實際系統(tǒng)LCL濾波器參數(shù)的設(shè)計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環(huán)境下建立了PWM整流器仿真模型對系統(tǒng)進行了仿真，按照文章提出的理論設(shè)計的仿真系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設(shè)計了整流器裝置的控制系統(tǒng)硬件和軟件，并得到了初步實驗結(jié)果，能滿足控制要求，從而驗證了控制方案的正確性。
上傳時間： 2013-07-01
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本文致力于可并聯(lián)運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術(shù)作為電力電子技術(shù)一個重要的領(lǐng)域一直得到人們的關(guān)注，但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓撲緊湊簡單、并聯(lián)容易等優(yōu)勢，并且具有較強擴展性，故而在工業(yè)加熱、調(diào)光電源、異步電機啟動、調(diào)速等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關(guān)斷半導(dǎo)體開關(guān)器件及脈寬調(diào)制控制方式的新型交流調(diào)壓技術(shù)。 本文對全數(shù)字化的斬控式AC/AC 變換做了系統(tǒng)研究，工作內(nèi)容主要有：對交流斬波電路的拓撲及其PWM方式做了詳細的推導(dǎo)，著重對不同拓撲的死區(qū)效應(yīng)進行了分析，并且推導(dǎo)了不同負載情況對電壓控制的影響。重點推導(dǎo)了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓撲模型，并將單相系統(tǒng)的拓撲開關(guān)模式推導(dǎo)到三相的情況，然后分別對單相、三相的情況進行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓撲的開關(guān)周期平均意義下的大信號模型和小信號模型，指導(dǎo)控制器的設(shè)計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環(huán)、電壓平均值環(huán)控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎(chǔ)上，建立了一臺基于TMS320F2808數(shù)字信號處理器的實驗樣機，完成樣機調(diào)試，并完成各項性能指標(biāo)的測試工作。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國內(nèi)交流伺服電機等硬件技術(shù)逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術(shù)相結(jié)合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設(shè)計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立轉(zhuǎn)矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅(qū)動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉(zhuǎn)子位置，并設(shè)計一種比較快速的轉(zhuǎn)子初始檢測方法。 軟件方面，采用結(jié)構(gòu)化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結(jié)合構(gòu)成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實驗結(jié)果表明，本文所設(shè)計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調(diào)速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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勵磁系統(tǒng)是電力系統(tǒng)控制的重要組成部分，它直接影響著發(fā)電機的運行可靠性、經(jīng)濟性和電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。勵磁系統(tǒng)性能的優(yōu)化與控制策略的研究，對發(fā)電機乃至整個電力系統(tǒng)的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發(fā)電機的技術(shù)特點，全面論述了勵磁系統(tǒng)主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統(tǒng)的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調(diào)節(jié)單元軟硬件的實現(xiàn)進行研究，以滿足發(fā)電機在不同運行工況下對勵磁系統(tǒng)控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優(yōu)勵磁控制理論的基礎(chǔ)上，客觀分析了兩種控制方式的優(yōu)點與不足，綜合二者的優(yōu)點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現(xiàn)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，綜合勵磁控制器的性能更優(yōu)越，其提高了勵磁系統(tǒng)的控制精度，改善了機組運行的穩(wěn)定性。同時針對單參量PSS存在反調(diào)的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數(shù)學(xué)推理與軟件實現(xiàn)；根據(jù)機組的運行結(jié)果可知，該算法的改進不僅解決了傳統(tǒng)PSS的反調(diào)問題，而且優(yōu)化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發(fā)電機park微分方程，推導(dǎo)了發(fā)電機起勵與滅磁的數(shù)學(xué)方程。在Matlab/Simulink仿真環(huán)境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發(fā)電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結(jié)果，并對結(jié)果進行客觀地分析，得出了有用的結(jié)論。
上傳時間： 2013-04-24
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當(dāng)今高新技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多的高精度儀器設(shè)備對輸入電源，特別是對輸入交流電源的穩(wěn)壓精度要求越來越高。與此同時，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和用電負載的急劇增加，電壓波動和波形畸變等供電質(zhì)量問題日趨突出，不能滿足高精度儀器設(shè)備的需要，因而就需要在電網(wǎng)和這些設(shè)備之間增加高穩(wěn)壓精度、寬穩(wěn)壓范圍的交流穩(wěn)壓電源。基于Delta逆變技術(shù)的交流穩(wěn)壓電源既能進行瞬時的交流電壓穩(wěn)定補償，又能提高整流輸入端的功率因數(shù)，減少諧波對電網(wǎng)的污染，因而具有重要的實際意義和研究價值。 本文采取串聯(lián)補償型變換器作為主電路的拓撲結(jié)構(gòu)，并從能量雙向傳輸方面對主電路進行了詳細闡述。針對Delta逆變器工作特點對交流穩(wěn)壓電源的工作原理進行了分析，并提出一種正向補償采取整流加高頻斬波，負向補償采取有源箝位Buck變換器的工作模式。建立Delta逆變器與電網(wǎng)相互作用的等效電路模型，得出了理想補償電壓與實際補償電壓定量關(guān)系式，分析了逆變輸出濾波器的結(jié)構(gòu)、位置對濾波效果的影響和電氣參數(shù)對實際補償效果的作用規(guī)律。完成了逆變器的輸出濾波器、補償變壓器的設(shè)計和PWM整流器電容參數(shù)的計算。 針對穩(wěn)壓系統(tǒng)中Delta逆變器和PWM整流器兩個主體環(huán)節(jié)，對Delta逆變器的前饋、反饋控制特性和PWM整流器的間接、直接電流控制特性分別進行了綜合比較，并應(yīng)用MATLAB軟件建立了改進前饋控制與直接電流控制的仿真模型，對Delta逆變交流穩(wěn)壓速度和精度進行了系統(tǒng)仿真分析，給出了仿真波形，驗證了文中所述控制策略的可行性。
標(biāo)簽： Delta 逆變技術(shù) 串聯(lián)補償
上傳時間： 2013-07-10
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為了減小異步電機在起動過程中過高電流對電網(wǎng)的沖擊，消除傳統(tǒng)降壓起動對電器和機械設(shè)備的不利影響，提高電機的起動特性，本文基于電力電子技術(shù)對異步電機的軟起動進行了較為深刻的研究。 本文介紹并設(shè)計了一種基于PIC18F4550的新型的軟起動器。在功能上，除了具有一般的電壓斜坡軟起動和電流限流軟起動功能，還增加了專門針對泵類負載的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)泵控軟起動模式。這種起動方式有效的降低了水泵起動和停止時造成的水錘，并減輕了管路系統(tǒng)的振蕩。同時，針對異步電動機軟起動過程中出現(xiàn)的電流、電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速振蕩問題，分析了引起振蕩的影響因素及其產(chǎn)生原因，采用以電流關(guān)斷時刻為晶閘管觸發(fā)基準(zhǔn)來抑制振蕩問題。 文章首先分析研究了異步電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，確定了軟起動器所采用的基本原理和控制方法。分析得出為改善泵類負載起動性能所采用的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)泵控制策略以及為減小振蕩所采用的關(guān)斷角控制方法的可行性。 其次，本課題對傳統(tǒng)的軟起動器的改進進行了嘗試。采用Microchip公司的PIC18F4550芯片為控制核心。在此基礎(chǔ)上，詳細介紹了交流采樣電路、同步觸發(fā)電路以及通迅接口電路等硬件電路。軟件方面采用C語言和匯編語言混合編程實現(xiàn)模塊化程序的設(shè)計，在文中較為詳細地介紹了控制系統(tǒng)各部分軟件的設(shè)計思想和實現(xiàn)，其中包括主程序流程、各種起動方式的控制程序等。 在文章最后給出了基于MATLAB搭建的軟起動系統(tǒng)的仿真模型，仿真結(jié)果表明這種帶泵控制功能的軟起動器可以有效的減小電機起動過程中過高電流對電網(wǎng)的沖擊，優(yōu)化了電機的起動性能。
上傳時間： 2013-06-13
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