隨著電力電子技術的發展，高壓換流設備在工業應用中日益廣泛。其核心元件晶閘管（SCR）的電壓與電流越來越高（已達到10KV/10KA以上），應用場合要求也越來越高。在國際上，晶閘管的光控技術發展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發展前景和需求的展望，本文采用自供電驅動技術與光控技術相結合，研發光控自供電晶閘管驅動控制板，然后與晶閘管本體相結合即形成光控晶閘管工程化實現模型，其可作為光控晶閘管的替代技術。 在工程應用中，光控晶閘管的典型應用場合為四象限高壓變頻器和國家大型直流輸變電系統等。隨著國家節能工程的實施，高壓變頻器的應用范圍越來越廣泛，已成為工業節能中的重要環節。高壓直流換流系統難度大，技術復雜，要求高，本論文研究的光控晶閘管替代技術只作為其儲備技術之一。本論文以電流源型高壓變頻器作為該光控晶閘管替代技術的應用背景重點闡述。 電流源型高壓變頻器為了提高單機容量，通常是數個SCR串聯使用。隨著系統容量越來越大，裝置對高壓開關器件的要求也越來越高。如果一組串聯SCR中某一個SCR該導通時沒有導通，那么加在該組SCR上的電壓都將加到該SCR上形成過電壓，造成該器件的擊穿損壞，甚至于一組串聯SCR都被燒壞。為了克服上述問題，保證高壓變頻器中串聯晶閘管能夠安全可靠的工作，提高系統可靠性，有必要為晶閘管配備后備驅動系統。本文提出了給SCR驅動電路增設自供電驅動系統——SPDS （Self—Powered Drive System）的解決辦法。SPDS基本功能是通過高位取能電路利用RC緩沖電路中的能量為監測電路和后備觸發電路提供正常工作所需要的能量。它的優點是由于緩沖電路與晶閘管同電位，自供電驅動系統要求的電壓隔離水平可以從幾千伏降低到幾百伏，節省了高壓隔離變壓器，節省了成本和體積，提高了系統可靠性。國外對相關內容已經有了深入研究，并將其應用在高壓變頻器產品中。在國內，目前還沒有查到相關文獻。本文為基于晶閘管的電流源型高壓變頻器設計了一種高壓晶閘管自供電驅動系統，填補了國內空白，為自供電驅動系統的推廣應用和其他高壓開關器件自供電驅動系統的研制提供了參考。 本文詳細介紹了串聯高壓晶閘管驅動系統的要求和RC緩沖電路的工作特 點，進而提出了SPDS的工作原理和具體實現方式，闡述了SPDS各部分組成及其功能。SPDS的核心技術是取能回路和觸發方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發方式優缺點的基礎上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發方式。 論文基于Multisim10仿真軟件，結合高壓晶閘管自供電驅動系統取能電路的原理，對高壓晶閘管自供電驅動系統的核心部分——SPDS取能電路進行了仿真。通過搭建帶SPDS取能電路的單相晶閘管仿真電路和電流源型高壓變頻器前側變流電路的仿真模型，詳細討論了影響RC取能回路正常工作的各種因素。同時，通過設定仿真電路的參數，分析了其工作狀況。根據得到的仿真波形圖，證明了高壓晶閘管自供電驅動系統可以達到有效觸發晶閘管導通的設計目標，具有可行性。 為考察SPDS的實際工作性能，本文搭建了簡易的SPDS低壓硬件實驗平臺，為其高壓條件下的工程化應用打好了基礎。 在論文的最后，對高壓晶閘管自供電驅動系統的發展方向進行了展望。 關鍵詞：高壓變頻器；晶閘管驅動；自供電系統；高壓換流；光控晶閘管
上傳時間： 2013-05-26
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作為新一代直流輸電技術，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術優點取得了飛速的發展，并已在新能源發電系統聯網、電網非同步互聯、無源系統供電、無功補償等場合得到實際工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術的數學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創新性成果如下： 1．建立了系統標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩態功率特性。明確了系統主電路參數對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內環控制器與功率外環離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網側與VSC交流側功率節點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網側功率節點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統dq軟件鎖相環在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環，提高了不平衡控制算法的動態性能與穩態特性。 4．對VSC閥在交流電網低電壓故障下的過流現象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網低電壓故障時系統穩定與VSC過流問題。 5．在分析現有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯數目、器件開關頻率和簡化主電路拓撲結構三個方面出發，將傳統直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結構引入VSC-HVDC系統，并針對該模塊級聯式拓撲提出一種系統協調控制與模塊獨立運行相結合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調節的直流側電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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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。總結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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本文研究了高頻感應加熱電源的鎖相控制技術。分別建立了定角與定時控制技術的MOSFET電壓型諧振逆變器仿真模型，分析比較了兩者的優缺點，從而得出了定角控制技術為較優的結論；通過理論分析與實驗測量MOSFET損耗的方法對最優鎖相角度的選取進行了探索；最后設計了以DSP為核心的定角鎖相控制電路，并運用MATLAB軟件進行了仿真研究以及DSP代碼自動生成，驗證了方案的可行性。這種控制方法可以使逆變器工作在小感性準諧振狀態，降低了MOSFET損耗，具有線路簡單、響應迅速、控制靈活等優點，為工程運用打下了堅實的基礎。
上傳時間： 2013-05-29
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異步電動機的軟起動研究，是一項重要的研究課題。本文以分級變頻理論為基礎，利用數學分析的方法對分級變頻的子頻率系統進行了深入的研究，總結了各級子頻率系統的電壓相序情況以及最優的觸發角度。并且對傳統異步電動機軟起動器的主電路結構進行了改進，提出了從較低頻率開始分五級起動的分級變頻調壓軟起動形式，而且各級子頻率的起動都能實現最優的正序電壓組合，保證了起動轉矩的最大化。通過對分級變頻調壓軟起動形式的建模和仿真試驗，證明了此方法可以在降低起動電流的同時實現異步電機的高轉矩起動，驗證了此方法的有效性和可行性。基于以上研究的成果，本文介紹了以TMS320LF2407ADSP芯片為核心的軟起動軟硬件設計方法。最后對本課題的進一步研究提出了展望。
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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近年來，在電氣傳動領域中三電平變頻器得到了廣泛的應用。三電平逆變器拓撲結構的出現為高電壓、大功率變頻器的實現提供了一個有效的途徑。研究和開發三電平大功率變頻器，無論在技術上還是在實際應用上都有十分重要的意義。本文圍繞三電平大功率通用變頻器的實用化技術進行了深入分析和研究。 論文首先介紹了三電平逆變器主電路的拓撲結構、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及調試中存在的問題和相關的解決方法。 中點電位不平衡是三電平拓撲結構的一個固有問題。針對這一問題，本論文分析了中點電壓不平衡的根本原因，采用了一種基于滯環控制的電壓平衡控制方法。該方法根據負載電流方向的不同組合，通過調整小矢量的冗余狀態和作用時間，并充分考慮到中矢量對中點平衡的影響，動態調整兩個電容器上的電壓，同時，詳細地分析了當參考電壓矢量落到具有一種或兩種冗余小矢量的小三角形區間時開關狀態的選擇、開關序列的順序以及作用時間的分配。 基于載波的調制策略是三電平變頻器采用的主要調制方式之一。本論文對所采用的基于載波的調制策略，作了深入分析，得出了相應的諧波特性。基于諧波總含量，對調制特性的優劣進行了比較，同時得出了不同載波調制策略輸出電壓諧波含量與調制度變化的對應關系，并通過實驗和仿真對相關結果進行了驗證。 主電路和控制電路的硬件設計將直接影響到變頻器的運行性能。本論文介紹了在現場實際運行中變頻器的主回路及其控制回路的硬件設計，采用理論計算與實踐驗證相結合的方法得出器件相關參數，并且針對變頻器內外RCD緩沖電路在工作時所產生的電壓不平衡作了分析，詳細的給出了其緩沖吸收電路算法。 最后，把本文的部分研究結果應用于實際工業現場中，研制了690V/600kW的大功率中壓變頻器，給出了現場運行結果。運行結果表明該變頻器輸出波形良好，性能滿足要求。
上傳時間： 2013-08-04
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隨著能源的緊張和環境污染日益嚴重，開發和利用太陽能已受到越來越多的重視。通過光伏并網發電系統將太陽能轉換為電能，并將電能輸送到電網上，是太陽能利用的主要形式。 本文對光伏并網發電系統的控制策略進行了深入的研究。首先，分析了太陽能電池發電的基本原理，得出了太陽能電池的等效模型，通過分析太陽能電池的I-V特性，可以看出太陽能電池是一非線性電源，而且輸出電能受環境溫度和光照強度的影響，為了使太陽能電池能夠最大效率地將太陽能轉化為電能，需要對其進行最大功率點跟蹤。通過分析和對比各種最大功率點跟蹤方法的優缺點，采用了改進擾動觀察法結合BOOST升壓電路來對電池板進行最大功率點跟蹤的方案。其次，分析對比并網電流的各種控制方式，確定采用滯環比較方式對并網電流進行控制，為了使并網電流穩定可靠地向電網送電，采用雙閉環控制策略對并網逆變器進行控制，使逆變器輸出電流能與電網電壓同頻同相，以單位功率因數向電網輸電。最后，對光伏并網發電系統的孤島效應進行了研究，介紹了各種孤島檢測方法，分析了基于正反饋的主動移頻式孤島檢測方法(AFDPF)的參數優化方案，為AFDPF檢測盲區的分析提供理論依據。 本文在MATLAB/Simulink仿真環境下，利用SimPowerSystems功能模塊建立了仿真模型，對太陽能電池板的數學模型，最大功率點跟蹤控制策略，并網控制策略進行驗證仿真。仿真結果證明了本文的方案和控制策略的正確性。
上傳時間： 2013-07-14
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隨著電力電子技術的發展，開關電源的小型化、高頻化成為趨勢，其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴重，因此開關電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前，軟開關技術因其能減少開關損耗和提高效率，在開關電源中應用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關電源中的電磁干擾進行分析，研究軟開關技術對電磁干擾的影響，并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關電源EMI的特點，論述了開關電源中EMI的研究現狀。從電磁干擾的三要素出發，介紹了開關電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性，并介紹了線性阻抗穩定系統(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關基本概念的基礎上，本文以全橋變換器為對象，介紹了移相全橋ZVS的工作原理，分析了它在實現過程中對共模干擾的影響，并在考慮IGBT寄生電容的情況下，對其共模干擾通道進行了分析。然后以UC3875為核心，設計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路，實現了軟開關。為了對共模干擾進行抑制，本文提出了一種新型的有源和無源相結合的EMI濾波器，即無源部分采用匹配網絡法，將阻抗失配的影響降到最低；有源部分采用前饋控制，對共模電流進行補償。 針對以上提出的問題，本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進行了仿真，并和硬開關條件下的傳導干擾進行了比較，得出了在高頻段，ZVS的共模干擾小于硬開關，在較低頻段改善不大，甚至更加嚴重，而差模干擾有較大衰減的結論。通過對混合濾波器進行仿真，取得了良好的濾波效果，和傳統的無源EMI濾波器相比，在體積和重量上都有一定優勢。
上傳時間： 2013-05-28
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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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