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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高精度慣性加速度計能夠實現實時位移檢測，在當今民用和軍用系統如汽車電子、工業控制、消費電子、衛星火箭和導彈等中間具有廣泛的需求。在高精度慣性加速度計中，特別需要穩定的低噪聲高靈敏度接口電路。事實上，隨著傳感器性能的不斷提高，接口電路將成為限制整個系統的主要因素。 本論文在分析差動電容式傳感器工作原理的基礎上，設計了針對電容式加速度計的全差分開環低噪聲接口電路。前端電路檢測傳感器電容的變化，通過積分放大，產生正比于電容波動的電壓信號。 本論文采用開關電容電路結構，使得對寄生不敏感，信號靈敏度高，容易與傳感器單片集成。為了得到微重力加速度性能，設計電容式位移傳感接口電路時，重點研究了噪聲問題和系統建模問題。仔細分析了開環傳感器中的不同噪聲源，并對其中的一些進行了仿真驗證。建立了接口電路寄生電容和寄生電阻模型。 為了更好的提高分辨率，降低噪聲的影響如放大器失調、1/f噪聲、電荷注入、時鐘饋通和KT/C噪聲，本論文采用了相關雙采樣技術（CDS）。為了限制接口電路噪聲特別是熱噪聲，著重設計考慮了前置低噪聲放大器的設計及優化。由于時鐘一直導通，特別設計了低功耗弛豫振蕩器，振蕩頻率為1．5M。為了減小傳感器充電基準電壓噪聲，采用兩級核心基準結構設計了高精度基準，電源抑制比高達90dB。 TSMC 0．18μm工藝中的3．3V電壓和模型，本論文進行了spectre仿真。 關鍵詞：MEMS；電容式加速度計；接口電路；低噪聲放大器；開環檢測
上傳時間： 2013-05-23
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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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為了解決現有環形線圈車檢器在工程應用中出現的誤檢問題，尤其是對同一輛大車的多次誤觸發問題，本文深入研究導致誤檢現象的具體原因，并在這基礎上提出了一套軟硬件的解決方法，以減少誤觸發現象，提高檢測的準確率。 為了方便測量與調試，本文設計了一個PC端軟件。它與實驗室原有的頻率采集工具一塊配合工作，能實時而直觀地察看車檢器的工作狀況，從而有利于實驗數據的采集與問題分析。通過實驗分析，本文總結了誤檢現象的若干情形，以及導致誤檢問題的主要原因。 針對上述分析的發現—車檢器采用的單一閾值法不能適應復雜的應用環境，本文對檢測算法作了改進：對車輛到達的檢測，仍采用單一閾值法；對車輛離開的檢測，則采用平坦性判定法。后者利用了在車輛離開時，線圈頻率從非平坦變為平坦這一特征。它有簡單、易移植和防誤檢的特點。 為了從應用層面解決問題，本文設計了一種基于改進算法的車檢器。與同類車檢器相比，它除了集成上述車檢算法外，還提供一個RS-232的測試端口，按一定的數據協議與PC端的診斷軟件通訊，能夠幫助現場測試工作的開展。 本文還利用了新車檢器做了兩組的實驗：實驗室環境與高速公路車輛檢測現場環境下的實驗。第一組驗證了改進算法的防誤檢性能，并計算它的檢測延遲。其中檢測延遲的計算，有助于協調車輛檢測系統中線圈、車檢器與攝像頭三者間的工作。第二組驗證了新車檢器的檢測性能，包括識別和延遲兩方面內容。兩組實驗結果都證實了改進算法的實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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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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為了減小異步電機在起動過程中過高電流對電網的沖擊，消除傳統降壓起動對電器和機械設備的不利影響，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矩閉環泵控軟起動模式。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，并減輕了管路系統的振蕩。同時，針對異步電動機軟起動過程中出現的電流、電磁轉矩以及轉速振蕩問題，分析了引起振蕩的影響因素及其產生原因，采用以電流關斷時刻為晶閘管觸發基準來抑制振蕩問題。 文章首先分析研究了異步電機的基本結構和工作原理，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矩閉環泵控制策略以及為減小振蕩所采用的關斷角控制方法的可行性。 其次，本課題對傳統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。在此基礎上，詳細介紹了交流采樣電路、同步觸發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模塊化程序的設計，在文中較為詳細地介紹了控制系統各部分軟件的設計思想和實現，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搭建的軟起動系統的仿真模型，仿真結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的沖擊，優化了電機的起動性能。
上傳時間： 2013-06-13
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多電平逆變器在大容量、高壓場合得到了廣泛的應用。在多電平逆變器的多種控制策略中，空間矢量脈寬調制(SVPWM)算法具有調制比大、能夠優化輸出電壓波形、易于數字實現、母線電壓利用率高等優點，成為人們關注的熱點。 本文首先對電力電子技術的發展前景和多電平逆變器控制技術的發展狀況進行了綜述。在分析兩電平逆變器工作原理的基礎上對三電平逆變器進行了研究，綜合比較了三電平逆變電路三種典型拓撲結構的優缺點；介紹了二極管箝位型三電平逆變器，分析了二極管箝位型三電平逆變器相對于傳統兩電平逆變器的優點，體現了課題研究的重要意義。其次，本文以中點箝位式三電平逆變器的基本拓撲結構為基礎，著重分析了三電平空間電壓矢量調制基本原理，提出了一種將最近的三個矢量合成參考矢量的空間矢量脈寬調制算法，給出大扇區和小三角形區域判斷規則以及合成參考電壓矢量的相應輸出作用順序，并優化了開關矢量的作用順序，利于實現對中點電壓的控制，使算法易于實現。再次，論文分析了三電平逆變器直流側電容電壓不平衡產生的原因，分析了大、中、小矢量對中點電位的影響，提出了能夠影響中點電位波動的關鍵矢量，并通過分配成對小矢量的作用時間實現了對中點電位的控制。最后，采用MATLAB軟件對所推導的三電平逆變器SVPWM調制算法進行了仿真分析，結果證明了算法的可行性。
上傳時間： 2013-08-01
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在能源枯竭及環境污染問題日益嚴重的今天，光伏發電是未來可再生能源應用的一種重要方法。本文以光伏逆變技術為研究對象，對光伏系統最大功率點跟蹤方法、光伏智能充電控制策略、光伏并網系統拓撲結構與控制方法、光伏并網與有源濾波統一控制方法等問題進行了深入研究。 在擾動觀測法的基礎上，提出了一種直接電流控制最大功率點跟蹤方法，通過檢測變換器輸出電流進行最大功率點跟蹤控制，簡化控制算法，同時省去了擾動觀測法中的電壓和電流傳感器，降低系統成本。 研究了一種實用的光伏系統蓄電池充電控制策略，將最大功率點跟蹤與智能充電控制有機結合在一起，充分利用光伏電池的輸出功率，縮短充電時間，提高充電效率；研究了一種全數字式逆變器，通過電壓有效值外環和瞬時值內環的雙閉環控制，既能保證系統輸出電壓的穩態精度，又能保證瞬變負載條件下的動態特性。研制了一套3kW光伏獨立發電系統并進行了實驗驗證。 針對住宅型光伏并網逆變器體積小、性能價格比高的要求，研究了一種基于導抗變換器的并網逆變器拓撲結構，相比于傳統電流型逆變器，本拓撲省去了笨重的電抗器，同時利用高頻變壓器進行能量傳遞和電氣隔離，進一步降低了系統損耗和體積，降低系統成本。 經研究發現，由于導抗變換器的固有特性，采用傳統的SPWM調制方法將導致并網逆變器輸出平頂飽和的非正弦電流，造成對電網的諧波污染，提出了一種新型改進調制模式。該方法可以實現高功率因數、低諧波并網發電。根據上述理論分析，研制了一臺3kW單相光伏并網逆變器，實驗結果驗證了理論分析的正確性。 研究了一種三相電流型并網逆變器拓撲結構及其控制方法，采用改進調制模式對其進行控制，在諧波抑制方面取得了滿意的效果。提出的三相并網逆變方案，相比于傳統三相并網逆變器，具有如下顯著優點：系統中任意一相都是一個獨立的子系統，不受其它相影響，即使在某一相或某兩相損壞的情況下，剩余相也能正常運行，增加了系統的冗余性；在三相電網不平衡情況下，本方法也能提供穩定的三相電流，增加系統抗電網波動能力。初看起來本方案使用的導抗變換器和變壓器有3套，但是每相承受的功率容量只有系統總功率的三分之一，這樣可以選用較小容量的器件，有利于高頻電感和變壓器的制作和生產。提出了一種基于導抗變換器的三相電流型逆變器實現方案，利用導抗變換器將輸入直流電壓變換為高頻正弦電流，經高頻變壓器隔離及電流等級變換后進行裂相調制，輸出為三相正弦電流。該方法不僅省去了傳統電流型逆變器直流側電抗器，而且采用高頻變換進行功率傳輸，減小了隔離變壓器及輸出濾波器的體積，有利于裝置的小型化和降低成本。 針對光伏電池輸出電壓較低的問題，研究了一種單級式三相升壓型并網逆變器，通過一級變換同時實現升壓和DC/AC變換功能，并且提出了一種基于DSP芯片的控制策略，本方法僅用一個電壓傳感器就能替代原先的三個電壓傳感器：每個載波周期短路相只進行一次開關動作，同時任何時刻只有2個開關管導通，可有效降低系統的開關損耗和導通損耗；由于采用DSP控制，具有控制靈活、穩定性高、成本低、并網電能質量好，便于功率調節等優點。 提出了一種光伏并網與有源濾波兼用的統一控制策略，在同一套裝置上既實現光伏并網發電，又實現諧波補償，克服目前的光伏發電裝置白天發電、夜間停機的不足，提高系統利用率。詳細分析了無功電流和諧波電流的檢測方法、光伏并網發電有功指令電流的生成方法及電流環控制器和電壓環控制器的設計方法，并對光伏并網發電與有源濾波統一控制模式和單一有源濾波模式進行了討論，仿真和實驗結果驗證了所提出的系統結構及控制策略的正確性和可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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各類交流電源在產品開發過程中都需要進行長時間的帶載測試，以檢驗其電氣性能。傳統使用電阻、電感和電容這類無源元件作為負載的測試方法存在參數調節不方便、發熱量大、耗能等諸多缺點。為克服傳統測試方法的不足，本文研究了一種帶能量回饋功能的交流電子負載裝置，采用交直交變換結構，由具有公共直流母線的兩級電壓型PWM整流器組成。通過控制前級PWM整流器的輸入功率因數，在其輸入端模擬不同阻抗特性的負載；后級PWM整流器工作在并網逆變狀態，將被測試電源發出的電能回饋至電網進行循環利用。 交流電子負載屬于一種測試設備，需要實現用戶交互、通訊、監控等功能，因此采用了以DSP芯片為核心的數字控制方案。本文首先探討了數字控制技術對變換器性能的影響，重點討論了當數字脈寬調制器精度不足時會引起輸出產生極限環振蕩的問題。分析了極限環振蕩產生的原因，并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三種基本變換器的數字控制器設計為例，推導出了為避免極限環振蕩，數字脈寬調制器應滿足的最小精度要求。在MATLAB中建立了數字控制器的仿真模型，設計了一臺數字控制BUCK變換器實驗樣機，仿真和實驗結果驗證了理論分析的正確性。 根據處理電能方式的不同，交流電子負載可分為能量消耗型和能量回饋型兩大類。本文首先針對交流電源產品的功能性測試應用場合，提出了一種新的能量消耗型交流電子負載結構和相應的控制方法。然后重點介紹了能量回饋型交流電子負載的工作原理及其控制策略。分析了功率電路中主要元件參數的選取方法。其中，對工作在任意功率因數情況下的單相PWM整流器中交流濾波電感的取值作了重點討論。在Saber軟件中建立了系統的仿真模型，設計了一臺以TMS320F2812 DSP芯片為控制核心的能量回饋型交流電子負載原理樣機，仿真和實驗結果驗證了系統方案的可行性和正確性。最后針對交流電子負載的并網能量回饋功能，初步分析了一種基于正反饋思想的并網系統孤島檢測方法，并進行了仿真驗證。
上傳時間： 2013-07-29
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近年來隨著用電設備對供電電源的性能和可靠性要求越來越高，不間斷供電系統(UPS)得到了廣泛應用。UPS模塊化并聯可實現大容量供電和冗余供電，是提高UPS容量和可靠性的一條重要途徑，因而被公認為當今逆變技術發展的重要方向之一。 本文主要致力于無輸出隔離變壓器的逆變器并聯系統環流特性及其并聯控制實現的研究。首先探討了基于電壓電流雙閉環控制的逆變器控制設計方法，在確定雙閉環控制逆變器閉環傳遞函數并了解其等效輸出阻抗特性的基礎上，建立了基于等效輸出阻抗的并聯系統模型分析其環流特性，并提出了一種新的基于有功功率和無功功率的逆變器并聯控制方案，包括：基準電壓相位和幅值的調整，PI控制參數設計，有功和無功功率計算，逆變輸出電壓同步鎖相等。此外本文還特別討論了雙閉環控制逆變器輸出電壓直流分量產生原因，提出了逆變器輸出電壓直流分量檢測與高精度數字調節方法，研究了雙閉環控制逆變器并聯系統直流環流產生原因及其檢測與抑制方法。最后通過實驗和實驗波形驗證本文所介紹的逆變器并聯控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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