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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在能源枯竭與環境污染問題日益嚴重的今天，新能源的開發與利用愈來愈受到重視。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、最有大規模開發利用前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注。而太陽能光伏并網發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，必將得到快速的發展。在并網型光伏發電系統中，逆變器是系統中最末一級或唯一一級能量變換裝置，其效率的高低、可靠性的好壞將直接影響整個并網型系統的性能和投資。按照不同的標準光伏并網逆變器的拓撲結構分為很多種，本文主要研究單相非隔離型光伏并網逆變器。 文章首先概述了光伏并網系統的發展情況并分析了當前國際金融危機對光伏產業的影響。其次，分析了當前國際市場上主要的光伏逆變器產品的特點，概括了光伏并網系統中光伏陣列的配置。隨后，本文以單相全橋拓撲為模型分析了非隔離型并網系統在采用不同的PWM調制策略下的共模電流，指出了抑制共模電流需滿足的條件。對于全橋和半橋拓撲，分析了不同的濾波方式對共模電流抑制的影響。總結了能夠抑制共模電流的實用電路拓撲并提出了一種能夠抑制共模電流的新拓撲。對不同拓撲的損耗情況在文章中進行了比較。 對于非隔離型并網系統中的逆變器易向電網注入直流分量的問題，首先分析了直流分量產生的原因及其導致變壓器產生的直流偏磁飽和現象。在此基礎上，總結了抑制直流分量的方法，指出了半橋拓撲能夠抑制直流分量。對于并網電流的控制，工程上通常采用比例積分控制器，而比例積分控制器在理論上無法實現無靜差控制，因此，本文對能夠實現無靜差控制的比例諧振控制器進行了簡要分析。最后，在非隔離型1.5kW實驗平臺上對共模電流和直流分量的抑制方法進行了驗證。
上傳時間： 2013-07-30
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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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當今高新技術不斷發展，越來越多的高精度儀器設備對輸入電源，特別是對輸入交流電源的穩壓精度要求越來越高。與此同時，隨著我國經濟的發展和用電負載的急劇增加，電壓波動和波形畸變等供電質量問題日趨突出，不能滿足高精度儀器設備的需要，因而就需要在電網和這些設備之間增加高穩壓精度、寬穩壓范圍的交流穩壓電源。基于Delta逆變技術的交流穩壓電源既能進行瞬時的交流電壓穩定補償，又能提高整流輸入端的功率因數，減少諧波對電網的污染，因而具有重要的實際意義和研究價值。 本文采取串聯補償型變換器作為主電路的拓撲結構，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系式，分析了逆變輸出濾波器的結構、位置對濾波效果的影響和電氣參數對實際補償效果的作用規律。完成了逆變器的輸出濾波器、補償變壓器的設計和PWM整流器電容參數的計算。 針對穩壓系統中Delta逆變器和PWM整流器兩個主體環節，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逆變交流穩壓速度和精度進行了系統仿真分析，給出了仿真波形，驗證了文中所述控制策略的可行性。
上傳時間： 2013-07-10
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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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蓄電池作為一種儲能設備，廣泛應用于國民經濟的各個部門。近幾年來，電動汽車行業迅速發展，對于純電動汽車蓄電池是唯一的動力源，需要定期的滿充滿放的維護來提高電池性能，同時測量電池實際安時數。蓄電池的充放電技術與蓄電池相伴而生，與蓄電池的發展和應用有著密切的關系。充放電系統性能直接影響著蓄電池的技術狀態，使用壽命，并決定著放電時對電網污染的程度。 目前，大功率蓄電池充放電系統仍大量采用晶閘管移相控制技術，該技術具有技術成熟，價格低廉的優點，但網側功率因數低，對電網的污染大。而消除電網諧波污染、提高功率因數是電力電子領域研究的重大課題之一。本文為大功率鋰離子蓄電池充放電設計的系統采用電壓型PWM整流器和雙向DC/DC變換器的結構，在實現能量雙向流動的同時，實現網側電流波形的正弦化控制，具有節能，對電網污染小等優點。 本文設計了主電路參數并在MATLAB/Simulink環境下進行了仿真。本文還提出了以MC9S12D64為核心的雙向DC/DC變換器控制板和控制器的硬件、軟件的完整的設計方案。充電采用恒流充電和恒壓充電相結合的控制策略，實現單體電池電壓控制，提高了充放電控制性能和安全性。充放電系統樣機測試結果表明：滿載時，系統效率80％以上，功率因數99％以上，諧波含量5％以下，滿足設計要求，驗證了系統設計的可行性。
上傳時間： 2013-06-27
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當前社會的發展與能源、環保等問題的日益突出。混合動力電動汽車以其低排放，噪聲小，節能等優點越來越受到世界各國的重視。為了改善電動汽車的動力性和能量利用率，動力蓄電池的電壓越來越高，需要配備專門的系統來管理高壓系統的安全。 根據混合動力結構特點和高壓電路特性，在分析及其常用蓄電池工作原理及運行原理使用條件的基礎上，本課題以MH-Ni電池作為研究對象，分析了MH-Ni電池的工作原理、電池的電壓、電流和溫度特性，提出電動車電池組高壓控制的方法，能夠實現監測電動汽車高壓電系統的絕緣狀態及檢測高壓的工作情況。 本課題主要完成以下幾點工作內容：對電池進行預充電，檢測其外部是否漏電；檢測電池內部是否絕緣；對電池進行故障檢測。通過對外部負載進行預充電，防止電池外部電路漏電或短路，減少電池箱故障，延長電池模塊的使用壽命；通過對電池箱內部絕緣狀態檢測，防止電池因絕緣電阻低下而影響系統工作，發生不安全事故；通過診斷系統能實現電池故障和隱患的早期預報，從而能有效地增加電動車電池組的續駛里程及無故障工作時間、饅維護工作量降到最低。 基于選定的電動車電池管理系統(BMS)，針對外部負載進行預充電和電池箱內部絕緣狀態檢測，本文研究和提出安全條件的判定規則，實現電動車電池管理系統(BMS)中安全保障功能。仿真實驗表明，本文設計的高壓電安全測試系統，可以實現對電動汽車電池高壓系統的安全實施管理。
上傳時間： 2013-06-22
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隨著市場經濟和現代化工業的發展，能源短缺和環境污染，已經成為制約人類社會健康發展的兩大重要因素。新能源的開發與利用愈來愈受到重視，太陽能以其清潔環保、蘊藏豐富等優點逐步得到了開發利用。光伏逆變電源作為太陽能利用中主要的能量變換裝置，是目前研究和發展的重要環節。 本文以實際項目為背景，詳細地分析了30kVA三相光伏并網逆變電源的研制過程。論文的主要工作如下： 首先，概述了光伏發電的意義以及我國光伏產業的發展現狀及前景；介紹了本課題的來源及其主要研究的內容；分析了三相逆變器的數學模型；總結了三相逆變器的各種抗三相不平衡的拓撲結構，從中選擇了三相四橋臂作為逆變電源的主電路結構；對四橋臂的各種抗三相不平衡控制策略進行了比較，具體分析了二維空間矢量法的原理，考慮到實際的軟硬件條件的限制，對該方法提出了進一步簡化應用的方案。 接著，根據項目指標，研制了30kVA三相光伏逆變電源樣機的主電路；采用了獨立運行時為LC結構，并網運行時為LCL結構的濾波模式，并總結了濾波器參數設計的步驟，給出了濾波器的相關參數；獨立地設計和研制了以TMS320F2812芯片為核心的主控板，以及液晶顯示、保護、采樣、鎖相等控制電路，并總結了印制電路板設計中需要注意的事項。 隨后，介紹了DSP的編程環境：詳細地分析了顯示鍵盤程序、七段式的電壓空間矢量PWM程序以及相關的主程序和中斷程序并給出了流程圖；總結了編程注意事項；構思了光伏逆變電源并網運行的整個過程；具體地說明了鎖相環和捕獲單元的應用方法；概述了孤島效應的產生與防治。 最后，設計了獨立運行時的MATLAB仿真試驗，在閉環中采用了最大誤差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基礎上，進行了30kVA三相光伏并網逆變電源樣機的安裝，順利完成了獨立運行的調試，并給出了實驗波形。
上傳時間： 2013-07-02
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矢量控制變頻調速系統是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統。
上傳時間： 2013-05-25
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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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