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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隨著全球汽車保有量的與日俱增，能源危機和環境污染正逐漸成為制約世界汽車工業發展的瓶頸。而新興的混合動力汽車（HEV）在節能和排放上的優越性正逐步體現出來。由于采用“油、電”配合的方式來驅動車體，其所搭載電動機及其驅動控制系統的研究則成為混合動力汽車研發中的關鍵技術之一，它直接決定著整車的動力性，燃油經濟性和排放指標。 論文首先比較了常見的幾種電動汽車的性能，概括了混合動力汽車的優點，介紹了混合動力汽車電機及其控制系統技術的發展現狀；其次探討了幾種常用交流電動機的性能優劣，由于永磁同步電機具有高效、高功率密度以及良好的調速性能，本文混合動力汽車傳動系統選用永磁同步電機；根據混合動力汽車所搭載電動機在功率和扭矩上的要求以及永磁同步電機在結構上的特點，選取了發動機電機系統的結構布置形式；論文建立了永磁同步電動機的數學模型，分析了永磁同步電動機矢量控制的原理；設計了基于TMS320F2812DSP的永磁同步電動機矢量控制系統，詳細闡述了功率驅動電路，速度及位置檢測電路，電流反饋及過流保護電路，CAN通訊模塊等系統中重要的組成單元；軟件采用模塊化的結構，闡述了關鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產生子程序。 最后，搭建了實驗平臺，對硬件進行了調試和修改，通過樣機及系統臺架試驗，取得了大量的實驗數據，檢驗了所設計樣機的特性，發現其制作過程中的不足，并實現了電機控制系統的閉環控制，從而達到了對混合動力汽車用永磁同步電動機控制系統的探索與研究的目的。
上傳時間： 2013-05-23
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隨著電力電子技術的發展，對大功率、高性能的開關電源要求也越來越高。功率因數校正(PFC)技術是當前電力電子技術研究的熱點問題。大多數電力電子裝置通過整流器與電網接口，而傳統的二極管或晶閘管整流裝置會產生大量的諧波電流，對電網造成污染。許多國家和國際組織相繼制定了一系列限制用電設備諧波的標準。有源功率因數校正技術能夠有效的消除整流裝置的諧波，因此具有廣泛的應用前景。 本文首先分析了開關電源的發展現狀及發展要求，詳細地闡述了開關電源的基本構成和基本組態。然后研究了ZVT-Boost軟開關PFC電路的基本結構、基本工作原理及軟開關實現原理，在此基礎上確定了主電路結構，并制定了控制系統方案。 鑒于功率要求，本文采用兩級PFC電路。因此對常見的DC-DC變換器的拓撲結構、原理特性進行分析。并針對各自的變換器建立了簡化模型，基于所建立的模型分析了變換器的特性，列出各變換器的優缺點及在設計開關電源時的選用原則。最后，對所設計的系統進行了仿真分析。 本文根據用戶的要求研究設計了一種大功率高性能開關電源。該開關電源分為前級和后級，前級為采用BOOST結構的單相有源功率因數校正電路，后級為采用移相控制軟開關技術的全橋變換器。最后研制出了實驗樣機，并給出了實驗樣機的功率因數校正電路和移相全橋軟開關變換電路的實驗波形。
上傳時間： 2013-04-24
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使用二極管和晶閘管實現的不控和可控整流器，電流波形畸變給電網注入大量諧波和無功功率，造成嚴重的電網污染。隨著電力電子技術的發展，人們開始研究PWM整流技術。電壓型PWM整流器具有交流側電流低諧波、高功率因數、直流電壓輸出穩定等諸多優點，因此，成為當前電力電子領域研究的熱點課題之一。由于PWM整流器具有以上優點，在電力系統有源濾波、無功補償、潮流控制、太陽能發電以及交直流傳動系統等領域，具有越來越廣闊的應用前景。本論文對三相PWM整流器進行了研究，主要完成以下工作： 首先，對PWM整流器的工作原理做了介紹，給出了三相PWM整流器的拓撲結構，分析了PWM整流器的換流過程，給出了PWM整流器的數學模型，對交流側電感和直流側電容進行了設計。 其次，對電流滯環控制、電流PI控制、空間電壓矢量控制三種控制方法分別進行了介紹、模型搭建和仿真分析。在直流電壓的控制中加入分段PI控制，使超調量和穩態誤差限制在很小的范圍以內。在起動過程中串接入限流電阻，使起動電流限定允許范圍以內。 最后，在進行了以上三種控制方式仿真后，針對電壓空間矢量控制存在的電流誤差問題，采用電流超前給定策略和基于旋轉坐標系的空間電壓矢量控制策略解決了電流誤差問題。 仿真結果表明，論文所設計的三相電壓型PWM整流器實現了高功率因數運行，實現了直流電壓的穩定控制，解決了傳統意義上的整流電路中存在諧波含量大、功率因數低等問題，具有良好的工程實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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由于下一代微處理器的工作電壓越來越低，所需電流越來越大，現有的5V、12V輸入的電壓調節模塊（VRM）已經不能滿足它的要求了，因此把VRM的輸入母線電壓提高到48V是必然的趨勢。這樣做能夠減小輸入電流從而使得母線損耗減小，有利于效率提高，同時可以大大減小輸入濾波器體積。 本課題首先分析了VRM的發展現狀和常用拓撲，以及未來的發展趨勢，并在此基礎上介紹了級聯式流饋推挽DC/DC變換器的概念。接著，具體分析了Buck與推挽級聯式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯型Buck與推挽級聯式流饋DC/DC變換器的原理和工作過程。再接著，分別介紹了Buck與推挽級聯式流饋DC/DC變換器、雙通道交錯并聯型Buck與推挽級聯式流饋DC/DC變換器及其控制同路的建模和設計方法，并給出設計實例。最后，分別用這兩種拓撲結構制作了兩臺48V輸入、3．3V/10A輸出的樣機，并對兩者進行了一定的實驗比較研究，以驗證設計的有效性。
上傳時間： 2013-07-29
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隨著用戶對供電質量要求的進一步提高，模塊化UPS 并聯系統獲得了越來越廣泛的應用。本文以模塊化UPS為研究對象，根據電路結構，將其分為直流部分模塊化和交流部分模塊化分別進行討論。整流環節對Boost-PFC 電路進行并聯控制，實現直流部分的模塊化；逆變環節在瞬時電壓PID 控制的基礎上，引入了瞬時均流的并聯控制策略，實現交流部分的模塊化。 介紹了有源功率因數校正技術的基本原理和控制思路，分析了單管雙Boost-PFC電路的工作過程，并將其簡化等效成常規的Boost 電路進行分析和控制。根據控制系統的結構，分別對電流控制環和電壓控制環進行了分析，得出了電感電流主要受電流指令的影響，而輸入輸出電壓差的影響則相對比較小；輸出電壓主要受參考給定指令電壓、緩啟給定指令電壓以及輸出電流等因素的影響。根據電流環和電壓環的解析表達式，給出了并聯控制的方法及原理。 對單相電路、三相電路以及多模塊并聯電路分別進行了仿真驗證，對多模塊的并聯系統進行了實驗驗證。建立了單相逆變器的數學模型，并加入PID 控制器，得到了輸出電壓的解析表達式，得出逆變器輸出電壓與參考給定電壓和輸出電流有關。利用極點配置的方法得到了模擬域PID 控制器參數的計算公式，并采用后向差分法，將其轉換到數字域，得到了數字PID 控制器參數與模擬域參數的換算關系。通過實驗測試和曲線擬合的辦法，得到了實際逆變器的電路參數。通過對所設計的數字PID 控制器進行仿真和實驗，驗證了理論分析和計算。建立了PID 電壓閉環的多逆變器并聯系統數學模型，分析得出并聯系統的輸出電壓主要由系統中各模塊的平均給定電壓決定，同時也受較高次的輸出諧波電流影響，受輸出基波電流影響相對較小；環流主要受模塊的給定電壓與系統平均給定電壓的偏差影響。針對環流產生的原因，提出了一種瞬時均流控制策略來減小系統環流對給定電壓偏差的增益，從而達到瞬時均流的目的。 對兩逆變模塊并聯的系統在各種工況下進行了仿真和實驗，驗證了理論分析的正確性和這種瞬時均流控制策略的可行性。
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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隨著綠色工程的實施，在照明領域，已將電力電子技術廣泛應用到電氣照明中去，所以尋找綠色、高效、長壽命、光色好等優點的照明設備已成為必然。高強度氣體放電燈(High-Intensity-Discharge)由于光效高而節能，已經在照明領域取得廣泛的應用。但傳統的電感鎮流器存在諸多缺點，故與之配套的HID燈電子鎮流器的開發成為研究的熱點，本文對基于數字控制的HID燈電子鎮流器進行了研究與設計。 本文第二章闡述了氣體放電的基礎知識和電光源的基本參數。比較了電子電感鎮流器的優缺點，針對HID燈對電子鎮流器的要求，介紹了電子鎮流器基本原理和發展趨勢。第三章對高強度氣體放電燈的關鍵技術進行了研究。首先是對電子鎮流器的拓撲結構進行分析與比較，選定了傳統的三級結構進行設計，其次是對電子鎮流器的核心-逆變器的結構進行了分析，選定了全橋逆變結構，再次是對HID燈的各種點火電路的結構進行分析，本文選定了用單片機進行控制的點火的方式；最后是對燈的聲諧振進行了各種方式的比較與分析，給出通過數字調頻的方式來抑制聲諧振理論分析。第四章主要通過比較各種功率因數校正的優缺點，并采取了基于boost結構的臨界功率因數校正。第五章對HID燈啟動工作過程進行了分析，提出了三段線性控制的策略，給出了控制的理論分析;比較了間接和直接兩種控制恒功率的方法，選定間接控制方式。第六章主要對數字控制的250W金鹵燈的樣機的實現中的部分電路(保護、驅動、逆變)進行分析與設計并給出了部分電路圖和軟件設計的流程圖以及部分仿真與試驗波形。最后在第七章對試驗結果進行分析，對本文的設計進行小結以及對未來的展望。
上傳時間： 2013-07-16
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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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