隨著電力電子技術的發展，交流電源系統的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統的整流環節廣泛采用二極管不控整流和晶閘管相控整流電路，向電網注入了大量的諧波及無功，造成了嚴重的污染。提高電網側功率因數以及降低輸入電流諧波成為一個研究熱點。功率因數校正技術是減小用電設備對電網造成的諧波污染，提高功率因數的一項有力措施。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：功率因數補償網絡和常規整流網絡。在此基礎上，為整流電路建立了精確的數學模型。 2.這種單位功率因數三相橋式整流的輸入電感是在額定負載下計算出的，當負載發生變化時，其功率因數會降低。針對這種情況，提出了一種新的控制方法。常規整流網絡向電網注入的諧波可以由功率因數補償網絡進行補償，所以輸入功率因數相應提高。負載消耗的有功由電網提供，補償網絡既不消耗有功也不提供任何有功。根據功率平衡理論，可以確定參考補償電流。雙向開關的導通和關斷由滯環電流控制確定。在這一方法的控制下，雙向開關工作在高頻下，因此輸入電感值相應降低。仿真和實驗結果都表明：新的控制方法下，負載變化時，輸入電流仍接近于正弦，功率因數接近1。 3.根據IEEE-519標準對諧波電流畸變率的要求，為單位功率因數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、有功消耗等性能指標，并進行優化，推導出最優電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優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電流，驅動雙向開關導通和關斷。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。 4.單位功率因數三相橋式整流中直流側電容電壓隨負載的波動而波動，為提高其動、靜態性能，將簡單自適應控制應用到了直流側電容電壓的控制中，并提出利用改進的二次型性能指標修改自適應參數的方法，可以在實現對參考模型跟蹤的同時又不使控制增量過大，與常規的PI型簡單自適應控制相比在適應律的計算中引入了控制量的增量和狀態誤差在k及k+1時刻的采樣值。利用該方法為直流側電壓設計了控制器，并進行了仿真與實驗研究，結果表明與PI型適應律相比，新的控制器能提高系統的動態響應性能，負載變化時系統的魯棒性更強。
上傳時間： 2013-06-15
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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，及雙向能量流動，因此得到越來越廣泛的應用。網側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，這樣系統的動態性能會變差，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。在交流側應用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，提高系統的動態響應。 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靜止坐標系，αβ靜止坐標系和dq旋轉坐標系中建立了數學模型。文章中將L濾波的電壓型三相PWM整流器的控制方法應用于LCL濾波情況。基于dq軸模型，提出了雙閉環的控制策略，電流內環采用前饋解耦控制。為了提高電流的跟隨性能，按照典型Ⅰ型系統設計電流調節器。為了提高電壓環的抗干擾性，按照典型Ⅱ型系統設計電壓調節器。 文章還詳細討論了LCL濾波器帶來的諧振問題，以及參數設計方法，列出了實際系統LCL濾波器參數的設計步驟。文章在MATLAB/SIMULINK環境下建立了PWM整流器仿真模型對系統進行了仿真，按照文章提出的理論設計的仿真系統具有良好的動態和穩態性能。 文章最后基于TMS320LF2407A設計了整流器裝置的控制系統硬件和軟件，并得到了初步實驗結果，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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隨著國內交流伺服電機等硬件技術逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術相結合，具有高效、節能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統成為現代電機伺服驅動系統的一個發展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉換，在d-q旋轉坐標系下建立轉矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數字交流位置伺服控制系統。 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實現功率驅動，簡化了系統電路，縮小了系統的體積，提高了系統的可靠性。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子位置，并設計一種比較快速的轉子初始檢測方法。 軟件方面，采用結構化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現了單片機初始化、三環控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統的實時控制性能；由軟件方式實現經典PID控制和簡單模糊控制相結合構成“串聯校正”閉環控制系統，提高了系統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調制。 實驗結果表明，本文所設計的伺服控制系統能實現電機的啟動，調速和定位等，并能達到系統的性能指標。
上傳時間： 2013-05-19
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勵磁系統是電力系統控制的重要組成部分，它直接影響著發電機的運行可靠性、經濟性和電力系統運行的穩定性。勵磁系統性能的優化與控制策略的研究，對發電機乃至整個電力系統的安全運行具有決定性的意義。 本文針對300MW同步發電機的技術特點，全面論述了勵磁系統主電路拓撲及輔助電路的工作原理。為提高勵磁系統的控制精度與實時性，本文以16位DSP為控制核心，對勵磁調節單元軟硬件的實現進行研究，以滿足發電機在不同運行工況下對勵磁系統控制性能的要求。 其次，本文在詳細闡述PID+PSS控制和線性最優勵磁控制理論的基礎上，客觀分析了兩種控制方式的優點與不足，綜合二者的優點引出了綜合勵磁控制的研究方法并在微機上成功實現。通過實驗發現，綜合勵磁控制器的性能更優越，其提高了勵磁系統的控制精度，改善了機組運行的穩定性。同時針對單參量PSS存在反調的不足，進行了算法改進，給出了加速功率型PSS的數學推理與軟件實現；根據機組的運行結果可知，該算法的改進不僅解決了傳統PSS的反調問題，而且優化了PSS抑制低頻振蕩的性能。 最后，本文利用發電機park微分方程，推導了發電機起勵與滅磁的數學方程。在Matlab/Simulink仿真環境下，建立了起勵與滅磁的仿真模型。給出了發電機自并起勵、他勵起勵和故障滅磁的仿真結果，并對結果進行客觀地分析，得出了有用的結論。
上傳時間： 2013-04-24
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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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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本文分別建立了三相電壓型PWM整流器在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相同步旋轉坐標系中的數學模型，對三相電壓型PWM整流器多種電流控制策略進行了研究和對比，并對三相電壓型PWM整流器控制系統的設計進行了研究。 通常情況下，PWM整流器控制系統需要用到交流電壓、電流傳感器以及直流電壓傳感器，以實現直流電壓和交流電流的雙閉環控制。利用傳感器可以快速、便捷地獲得電壓電流參數，但也導致了系統體積大、成本較高，并降低了系統運行可靠性。為此，本文研究和總結了三相電壓型PWM整流器無交流電流傳感器的三種控制策略：基于直流側電流檢測的控制策略、基于直流電壓檢測的控制策略和基于狀態空間平均技術的控制策略。并通過Matlab中的Simulink仿真軟件對前兩種控制策略進行了仿真驗證分析。 在以上理論的分析基礎上，本文設計并實現了一套以TMS320F2812 DSP為控制核心的無交流電流傳感器的PWM整流器的控制系統的解決方案，包括控制系統的硬件解決方案和軟件解決方案，搭建了實驗平臺并進行了調試。
上傳時間： 2013-04-24
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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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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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目前以IGBT為開關器件的串聯諧振感應加熱電源在大功率和高頻下的研究是一個熱點和難點,為彌補采用模擬電路搭建而成的控制系統的不足,對感應加熱電源數字化控制研究是必然趨勢。本文以串聯諧振型感應加熱電源為研究對象,采用TI公司的TMS320F2812為控制芯片實現電源控制系統的數字化。 首先分析了串聯諧振型感應加熱電源的負載特性和調功方式,確定了采用相控整流調功控制方式,接著分析了串聯諧振逆變器在感性和容性狀態下的工作過程確定了系統安全可靠的運行狀態。本文設計了電源主電路參數并在Matlab/Simulink仿真環境下搭建了整個系統,仿真分析了串聯諧振型感應加熱電源的半壓啟動模式及鎖相環頻率跟蹤能力和功率調節控制。 針對感應加熱電源的數字控制系統,在討論了晶閘管相控觸發和鎖相環的工作原理及研究現狀下詳細地分析了本課題基于DSP晶閘管相控脈沖數字觸發和數字鎖相環(DPLL)的實現,得出它們各自的優越性,同時分析了感應加熱電源的功率控制策略,得出了采用數字PI積分分離的控制方法。本文采用TI公司的TMS320F2812作為系統的控制芯片,搭建了控制系統的DSP外圍硬件電路,分析了系統的運行過程并編寫了整個控制系統的程序。最后對控制系統進行了試驗,驗證了理論分析的正確性和控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-05-25
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