由于世界能源危機的日益嚴重和全球環境的不斷惡化,大規模開發清潔可再生能源成為當前能源戰略的主要方向。太陽能作為當前世界上最清潔、最現實、最有大規模開發利用前景的可再生能源之一,得到了各界的廣泛關注。在太陽能的利用中,光伏發電并網又是其主要發展方向之一。 由于光伏產業界目前還沒有統一的標準,又因為功率等級及應用場合的不同,使各種拓撲結構的光伏并網變流器都得以嘗試使用。本文就是在此背景下,對當前使用的各類光伏并網變流器的拓撲結構和控制方法進行比較,并結合光伏并網系統實際應用中暴露的主要缺陷,從適應光伏陣列輸出特性和提高系統整體的可靠性兩方面入手,提出Z-source變換器結合PWM整流器的拓撲結構。 文章首先介紹了光伏并網系統中并網變流器的三種隔離回路方式,及應用于小功率和中大功率場合的不同主電路拓撲結構及控制策略,比較其優缺點,提出了Z-source變換器結合PWM整流組成的光伏發電系統。這種拓撲結構可以減小系統中電解電容的體積容量,并解決由太陽能電池板輸出電壓大范圍變化所帶來一系列問題,同時可以在一定程度上改善系統的可靠性問題。其次,文中分析介紹了Z-source變換器的工作原理,對比了三種升壓控制的實現方式和性能差異,并簡述了逆變器的三種SPWM電流控制策略及其優缺點。最后,結合整體系統需要,將Z-source變換器的升壓控制與PWM整流器的并網控制融合,提出完成逆變并網功能和最大功率點跟蹤的控制思想。 根據上述分析和研究,選定整體光伏系統的硬件結構和控制方案。詳細闡述了系統硬件部分的設計計算,提供了系統主電路結構、參數計算、元件選型和控制電路的設計的詳細說明,并完成了主電路硬件的制作。根據空間狀態方程法對光伏發電系統進行仿真建模,仿真模型包括主電路拓撲及各控制子模塊,文中簡要說明各控制模塊的功能,給出仿真結果并進行分析。驗證該系統可以較好的實現本文提出的控制方案所應完成的各項功能,系統工作穩定可靠,性能良好。
上傳時間: 2013-07-12
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無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高和轉動慣量小等優點,另外它還具有和直流電機一樣的調速特性,而沒有直流電機復雜的機械換相設備,所以被廣泛應用于伺服控制、數控機床、機器人等工業領域,現代工業的快速發展對無刷直流電機控制系統的性能提出了更高的要求。因此,研究具有響應速度快、調節能力強、控制精度高的無刷直流電機控制系統具有十分重要的意義。 直接轉矩控制是一種高性能的電機控制方法,它已經成熟的應用在感應電機和永磁同步電機上,實現了優良的穩態性能和動態響應特性。本文通過大量的文獻資料閱讀,對無刷直流電機及其相關技術的發展、現狀和趨勢有了一個比較全面的理解,在此基礎上,詳細分析了無刷直流電機的數學模型,并提出了一套相應的直接轉矩控制方案,建立了仿真和試驗平臺,進行了仿真分析和實驗研究,獲得了有價值的研究成果。 本文的主要研究內容包括: (1)詳細分析了無刷直流電機的運行機理和數學模型,在此基礎上闡述無刷直流電機直接轉矩控制的基本控制機理,包括基于逆變器二二導通模式的空間電壓矢量的定義和針對無刷直流電機具有非正弦波反電動勢這一特點而推導的轉矩計算公式等。 (2)提出了一套無刷直流電機直接轉矩控制的具體實施方案,并根據這套方案建立了基于Simulink(Matlab)的無刷直流電機直接轉矩控制的仿真模型,對所提出的控制方案進行了仿真分析。仿真結果驗證了該方案在理論上的可行性。 (3)在理論研究的基礎之上,設計研制了一套基于DSP+IPM的無刷直流電機直接轉矩控制實驗系統,編寫了控制程序軟件,進行了無刷直流電機直接轉矩控制的實驗。實驗結果達到了預期的要求,證實了直接轉矩控制在改善無刷直流電機動態調速性能上的優勢。 本論文開展了繼異步電機和永磁同步電機之后對無刷直流電機實現直接轉矩控制的探索性研究工作。通過理論分析、計算機仿真和實驗得出了一些有意義的經驗和結論,為課題的進一步深入開展奠定了基礎。
上傳時間: 2013-07-11
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直接轉矩控制技術在電力機車牽引、汽車工業以及家用電器等工業控制領域得到了廣泛的應用。在運動控制系統中,直接轉矩控制作為一種新型的交流調速技術,其控制思想新穎、控制結構簡單、控制手段直接、轉矩響應迅速,正在運動控制領域中發揮著巨大的作用。雖然直接轉矩控制的優勢是矢量控制所不能實現的,但是直接轉矩控制依然存在一系列不能忽視的問題。直接轉矩控制采用兩點式轉矩和磁鏈滯環控制器,使轉矩和磁鏈被控制在給定值的一定范圍以內,這種控制方法不可避免地帶來電機輸出轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定等問題。直接轉矩控制采用定子磁鏈定向,只用便于測量的定子電阻來估計定子磁鏈,這樣在低速運行時會帶來磁鏈估計的誤差。雖然在全速范圍內估計定子磁鏈運用低速時采用的電流-轉速模型和高速時采用的電壓-電流模型的合成模型,即電壓-轉速模型,然而兩種模型的平滑切換又是一個新的問題。直接轉矩控制在基頻以下調速的理論和應用已經實現,在基頻以上的弱磁調速范圍內的理論和應用還需要進一步的研究。 為了解決這些問題,本文針對異步電動機在兩相靜止坐標系下的數學模型,對傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統進行了研究。在傳統直接轉矩控制系統中,詳細討論了定子磁鏈估計的三種基本模型,設計了定子磁鏈估計的加權模型,使電機在全速運行的范圍內都能夠得到準確的定子磁鏈。針對轉矩脈動過大和逆變器開關頻率不恒定的問題,本文設計了兩種改進的直接轉矩控制系統。在基于占空比控制的直接轉矩控制系統中,通過對一個采樣周期內非零電壓矢量作用時間占采樣周期的占空比的優化,解決了轉矩脈動過大的問題;在一個采樣周期內,從非零電壓矢量到零電壓矢量的轉換只有一次,實現了開關頻率的恒定。在基于滑模變結構的直接轉矩控制系統中,本文設計了轉矩和磁鏈滑模變結構控制器代替傳統直接轉矩控制系統中的轉矩和磁鏈滯環控制器;運用空間矢量脈寬調制技術,實現了開關頻率的恒定。本文把傳統直接轉矩控制系統和兩種改進的直接轉矩控制系統擴展到基頻以上的弱磁范圍內的異步電動機調速系統中,對其進行了相關研究。 為了驗證上述各種控制系統的正確性和有效性,本文采用Matlab/Simulink仿真軟件對其進行了仿真驗證。針對傳統直接轉矩控制系統,對定子磁鏈估計的加權模型進行了仿真驗證。仿真結果表明所設計的定子磁鏈的加權模型能夠在電機運行的全速范圍內準確地估計定子磁鏈。針對基于占空比控制的直接轉矩控制系統和基于滑模變結構的直接轉矩控制系統,本文分別對負載轉矩有擾動和無擾動、給定轉速為恒定值和不為恒定值四種情況進行了仿真驗證,并分別和傳統直接轉矩控制系統的仿真結果進行了對比。仿真結果表明,兩種改進的直接轉矩控制系統均能有效的減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。針對電機運行在基頻以上的弱磁調速情形,本文運用三種不同的直接轉矩控制方法分別進行了仿真驗證。仿真結果表明,兩種改進的直接轉矩控制系統在弱磁調速范圍內依然優于傳統直接轉矩控制系統,依然能夠減小轉矩脈動和轉速的穩態誤差。
上傳時間: 2013-04-24
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低電壓輸入高電壓輸出的直流變換器被廣泛地應用在太陽能光伏發電系統、風能發電系統、燃料電池系統、車載逆變器電源等電力電子裝置中。隨著電力電子技術的發展,對該類型的變換器也提出了更高的要求。 本文主要針對中小功率的升壓變換器,對串聯諧振軟開關推挽電路進行了研究分析及實驗。 文章首先對理想工作條件下的串聯諧振軟開關推挽電路進行理論、仿真分析,并通過實驗驗證了電路損耗小、效率高的特性。三種不同的控制方案:導通時間固定、關斷時間變化的PFM調制方式,導通時間變化、關斷時間固定的PFM調制方式,PWM調制方式,被分別應用到電路中。通過理論、仿真以及實驗研究,比較分析了三種控制方案的優缺點,特別是對軟開關特性、輸出電壓調節及適用范圍等問題做了細致分析。文章還對應用在串聯諧振軟開關推挽電路中的變壓器作了一定研究分析。根據變壓器的機理,對該電路中特有變壓器的高變比問題和漏感問題展開分析,并提出工藝和設計原理上的相應的解決方案。 為進一步實現能量的高效轉換,提出了基于雙變壓器結構拓撲的串聯諧振軟開關推挽電路,并進行了有關理論分析、仿真和實驗研究。同單變壓器電路相比,該電路具有開關損耗小、變壓器損耗小、效率更高的優點,實驗結果充分驗證了以上結論。
上傳時間: 2013-04-24
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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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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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本文從感應加熱基本原理出發,概述了感應加熱技術的現狀及發展趨勢,在分析串聯諧振逆變器各種功率控制策略原理及優缺點的基礎上,對于移相調功輕載時的缺陷,本文將有限雙極性PWM法引入逆變器輕載時的輸出控制,通過DPLL鎖相,使滯后橋臂的電壓與電流始終保持一定的相位,同時結合非輕載時移相功率調節良好的特性,提出了一種基于DSP的新型功率控制策略,克服了傳統移相全橋的缺點,使得高頻逆變電源在輕載條件下仍能實現軟開關,且輕載時電流連續調節范圍廣,三角畸變程度輕于PSPWM,大幅度的擴大了負載的適用范圍,提高了電源整機效率。 在對新型PWM功率控制串聯諧振逆變器工作過程進行分析的基礎上,解決了所有開關管的軟開關問題;并通過分析功率輸出單元的輸出電壓、電流、功率等,進而得到一個脈沖周期的輸出電壓、電流及功率的計算式。在這些理論分析的基礎上,本文設計了基于新型PWM功率控制策略的感應加熱電源實驗系統,對主電路各元器件進行了精確計算與設計,設計了以TMS320LF2407A為核心的控制與保護電路,并對DSP外圍電路進行設計,同時編寫了基于新型PWM功率控制策略,以數字環相環及功率控制算法為核心的DSP程序,相關的仿真與實驗系統得到的輸出波形很好的驗證了新型PWM控制策略的可行性。
上傳時間: 2013-04-24
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隨著能源消耗的不斷增長和生態環境的日益惡化,世界各國都在積極尋找一種可持續發展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的新能源,尤其受到人類的重視。近年來,許多國家都非常重視發展太陽能光伏發電系統,光伏并網發電技術已成為太陽能光伏應用的主流。本文對光伏并網發電系統進行了詳細介紹,并對其控制方法進行了研究。太陽能光伏并網發電系統的兩大核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。首先,本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹,詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。其次,本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較,提出各自優缺點?;谧畲蠊β矢欉^程的快速性和穩定性,設計采用逐步逼近法實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出,以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。再次,基于光伏并網逆變器的控制目標,研究了光伏并網逆變器的常用控制方法,參考國內外資料,選擇重復-PI控制作為光伏并網逆變器的控制策略。最后,基于TMS320LF2407高速數字信號處理器,設計光伏并網發電系統,給出系統的硬件參數和軟件流程圖,并針對實驗和仿真波形進行分析。
上傳時間: 2013-06-06
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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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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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