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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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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近幾十年來,由于大功率電力電子裝置的廣泛應用,使公用電網受到諧波電流和諧波電壓的污染日益嚴重,功率因數低,電能利用率低。為了抑制電網的諧波,提高功率因數,人們通常采用無功補償、有源、無源濾波器等對電網環境進行改善。近年來,功率因數校正技術作為抑制諧波電流,提高功率因數的行之有效的方法,備受人們的關注。 本文在參閱國內外大量文獻的基礎上,綜述了近年來國內外功率因數校正的發展狀況,簡要分析了無源功率因數與有源功率因數的優、缺點,并詳細分析了有源功率因數校正的基本原理和控制方法。在通過對主電路拓撲與控制方法的優、缺點比較后,選擇BOOST變換器作為主電路拓撲,采用基于平均電流控制的UC3854控制器,設計了容量為300W的兩級有源功率因數校正電路的前一級電路,計算了主電路與控制電路的元件參數。根據此參數,基于MATLAB環境下對功率因數校正前、后的電路進行了仿真,通過仿真波形的分析。最后搭建實驗電路進行實驗,采集實驗波形,對實驗結果進行分析,進-步驗證了本設計參數的正確性與準確性。 本文功率因數校正電路的設計,使電路的功率因數得到了明顯的改善,達到了設計要求,同時電路的總諧波畸變因數控制在了一定的范圍,減少了對電網的污染。并且電路的輸出電壓穩定,為后一級的電路設計奠定了基礎。
上傳時間： 2013-05-22
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本文主要以串聯諧振型感應加熱電源為研究對象,通過分析其負載特性及調功控制方式,選擇不控整流加逆變移相調功控制方式,其中重點分析感性移相式PWM感應加熱電源調功控制方式,及其在由自關斷器件MOSFET組成的串聯諧振逆變器中的應用,并深入分析了感性移相式PWM控制方式調功特性。同時針對感應加熱電源這個具有復雜的參數時變性,結構非線性的工業控制對象,在MATLAB/Simulink環境下建立了感性移相PWM感應加熱電源的系統閉環控制模型,進行了移相式感應加熱電源系統仿真研究。 在理論分析的基礎上,設計了200W/100kHz感性移相式感應加熱電源的主電路及控制電路。通過對移相諧振全橋軟開關控制器UC3879的學習和了解,設計并搭建一種區別以往的移相式感應加熱電源的鎖相移相調功的控制平臺,即鎖相環電路和基于UC3879設計的移相調功電路相配合的方案。并設計了它激重復掃頻轉自激的啟動方法,大大提高了電源的啟動成功率。同時搭建了200W/100kHz移相式感應加熱電源實驗平臺,完成了系統閉環控制,實驗結果驗證了本文理論分析的正確性及控制方案的可行性。
上傳時間： 2013-07-15
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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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開關電源具有體積小、重量輕、效率高、發熱量低、性能穩定等優點，廣泛應用于電子整機與設備中，在以往的AC-DC電路中，由二極管組成的不可控整流器與電力網相接，為在電網中會產生大量的電流諧波和無功功率而污染電網，使得功率因數較低。為了提高AC-DC電路輸入端的功率因數，采用了功率因數校正。 本文采用TMS320F2812實現開關電源的功率因數校正，分析了DSP實現功率因數校正的控制方法和具體實現，對于軟件中參數的標么值實現進行了理論推導，為了使輸出功率在輸入電壓變化的一定范圍內保持不變，采用了前饋電壓，對于數字PI調節環采用了抑制積分飽和的方法，以防止系統失控。 論文中通過對AC-DC整流電路和加入Boost功率因數校正后的電路進行了Matlab的仿真，通過輸入電壓和輸入電流波形的比較，可以很容易地看到功率因數的提高。 在具體的電路實現中，采用霍爾元件檢測輸入電感電流、輸入電壓和輸出電壓，經過DSP的A/D采樣后，在DSP內部經過程序計算，輸出PWM波形驅動MOSFET的開通與關斷，使輸入電感電流波形與輸入電壓波形一致。 本文實現了系統仿真，給出了仿真波形，分析了硬件設計電路并完成了電路的局部仿真，軟件編程方面給出了主程序和各個子程序的軟件流程圖，提出了以后研究的方向。
上傳時間： 2013-06-17
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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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交流電源供電方式正在由集中式向分布式、全功能式發展，而實現分布式電源的核心就是模塊的并聯技術。多臺逆變器并聯可以實現大容量供電和冗余供電，可大大提高系統的靈活性，使電源系統的體積重量大為降低，同時其主開關器件的電流應力也可大大減少，從根本上提高了可靠性、降低成本和提高功率密度。本文主要研究逆變器并聯技術。 本文首先對電壓、電流雙閉環逆變器控制系統進行了研究。通過對傳遞函數的分析，得到了基于等效輸出阻抗的雙閉環控制的逆變器并聯系統模型。在分析逆變器模型的基礎上設計了各控制器參數，并通過MATLAB仿真進行了驗證。根據上述模型，分析了逆變器并聯的環流特性，以及基于有功和無功功率的并聯控制方案。 隨著電子技術的不斷發展，FPGA技術正在越來越多地用于工程實踐中。本文在研究SPWM控制技術的基礎上，應用FPGA芯片EP1C12Q240C8實現了SPWM數字控制器，用于多模塊逆變器并聯控制系統。文中給出了仿真結果和芯片的測試結果。 基于FPGA的三相逆變器并聯數字控制器的研究具有現實意義，設計具有創新性。仿真和芯片的初步測試結果表明：本文設計的基于FPGA的逆變器并聯數字控制器能夠滿足逆變器并聯系統的要求。
上傳時間： 2013-08-05
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