近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機(jī)應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機(jī)根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(jī)(無刷直流電機(jī))和正弦波永磁同步電機(jī)(永磁同步電機(jī))。正弦波永磁同步電機(jī)為實(shí)現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機(jī)械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機(jī)械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價(jià)格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點(diǎn)獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機(jī)械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機(jī)械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實(shí)現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機(jī)在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時(shí)的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機(jī)運(yùn)行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實(shí)現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-07-23
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本論文主要對燃料電池用DC/AC變換器的主電路拓?fù)洹⒚}寬調(diào)制(PWM)方式、控制系統(tǒng)硬件電路、控制策略以及電磁兼容(EMC)問題進(jìn)行了研究。考慮到燃料電池(Fuel Cell)的特性和DC/AC變換器的應(yīng)用場合，本文主要對單相DC/AC變換器做了研究。 首先，針對單相DC/AC變換器，分析了它們的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理以及脈寬調(diào)制方式。 其次，完成了DSP控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。DC/AC變換器的控制系統(tǒng)硬件電路，主要包括DSP最小系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、信號檢測與調(diào)理電路、CAN通信以及SCI串口通信電路等。變換器控制策略則采用電壓環(huán)控制，瞬時(shí)值電壓以及有效值電壓控制都采用PI調(diào)節(jié)，并且闡述了如何通過DSP實(shí)現(xiàn)PWM脈沖。 另外本文還研究了DC/AC變換器控制電路板的電磁兼容(EMC)問題。針對一些電磁干擾(EMI)問題，提出了相應(yīng)的抑制措施。主要研究了開關(guān)電源EMI濾波器的設(shè)計(jì)方法。 最后，經(jīng)過相關(guān)試驗(yàn)，給出了結(jié)論，也提出了今后需要進(jìn)一步研究的方向。
上傳時(shí)間： 2013-05-17
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隔離升壓DC-DC變換器在電動汽車、儲能系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電以及超導(dǎo)儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文以隔離升壓全橋變換器(Isolated Boost Full Bridge Converter,簡稱IBFBC)為研究對象，針對隔離升壓型變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、起動問題、隔離變壓器漏感問題、軟開關(guān)問題和輸入電感磁復(fù)位問題等進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，解決了這一類拓?fù)渌灿屑夹g(shù)問題。 提出了隔離升壓DC-DC變換器拓?fù)渥澹治霰容^了各種拓?fù)涞奶攸c(diǎn)，確定了以IBFBC為研究對象。對IBFBC進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)態(tài)分析和小信號建模分析，為其分析、設(shè)計(jì)和搭建實(shí)驗(yàn)平臺提供了電路理論基礎(chǔ)。 理論上分析了IBFBC起動時(shí)存在電流沖擊的原因。提出了二種數(shù)字化軟起動方案，該方案對主電路進(jìn)行了改造，利用DSP能靈活產(chǎn)生PWM波的特點(diǎn)采用了新的控制策略，成功實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的軟起動。 理論上分析了IBFBC隔離變壓器漏感引起功率開關(guān)管關(guān)斷電壓尖峰的原因，采用了有源箝位的方法，有效的解決電壓尖峰問題。提出了帶有源箝位IBFBC的九種PWM控制策略，提出了一種控制型軟PWM方法，在不增加主電路元器件的基礎(chǔ)上，通過控制PWM的發(fā)生方法，實(shí)現(xiàn)了有源箝位功率開關(guān)管和橋臂功率開關(guān)管的零電壓開通。 從理論上分析了IBFBC輸入電感磁復(fù)位問題。在正常停機(jī)時(shí)提出了一種數(shù)字化軟停止的方法，控制變換器由Boost工作狀態(tài)逐漸過渡到Buck工作狀態(tài)，讓輸入電感存儲的能量逐漸釋放掉，最后停止工作。對于故障保護(hù)停機(jī)，采用了繞組磁復(fù)位的方法，把輸入電感設(shè)計(jì)成反激式變換器形式，突然停機(jī)時(shí)，電感中存儲的能量通過反激式繞組釋放到輸出端，這樣保護(hù)了變換器不會損壞。 給出了主電路關(guān)鍵器件參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了以DSP-TMS320F2407為核心的數(shù)字控制單元，編寫了DSP控制程序和CPLD邏輯處理程序。研制了一臺輸出功率5KW，輸入電壓直流24V，輸出電壓直流300V的IBFBC,通過全面的性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析和仿真結(jié)果。 本文立足于IBFBC的關(guān)鍵技術(shù)要求，并充分考慮工程應(yīng)用中的實(shí)際因素，進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)際系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，并已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中得到驗(yàn)證。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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電壓源型PWM逆變器在當(dāng)前的工業(yè)控制中應(yīng)用越來越廣泛，在其應(yīng)用領(lǐng)域中，交流電動機(jī)的運(yùn)動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中，設(shè)置死區(qū)是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個(gè)功率開關(guān)器件發(fā)生直通短路。盡管死區(qū)時(shí)間很短，然而當(dāng)開關(guān)頻率很高或輸出電壓很低時(shí)，死區(qū)將使逆變器輸出電壓波形發(fā)生很大畸變，進(jìn)而導(dǎo)致電動機(jī)的電流發(fā)生畸變，電機(jī)附加損耗增加，轉(zhuǎn)矩脈動加大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的控制性能降低，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此，需要對逆變器的死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。本文針對連續(xù)空間矢量調(diào)制提出了一種改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法；針對斷續(xù)空間矢量調(diào)制提出了通過改變空間矢量作用時(shí)間，來改變驅(qū)動信號脈沖寬度的補(bǔ)償方法，并對這兩種方法進(jìn)行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細(xì)分析了死區(qū)時(shí)間對逆變器輸出電壓和電流的影響，以及功率開關(guān)器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法進(jìn)行了理論分析，該方法先計(jì)算出補(bǔ)償電壓，再對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的補(bǔ)償電壓極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，極性校正的參考量為d軸補(bǔ)償電壓的幅值，然而補(bǔ)償電壓的大小隨電流的變化而變化，因此該方法存在電壓極性校正時(shí)參考量為變化量的缺點(diǎn)，而且該方法只適用于id=0的控制方式，適用性較差。針對這些問題，本文提出了改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補(bǔ)償方法，改進(jìn)后的方法是先對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的電流極性錯(cuò)誤進(jìn)行校正，然后再計(jì)算補(bǔ)償電壓的大小，電流極性校正時(shí)的參考量為三相電流極性函數(shù)轉(zhuǎn)化到γ-坐標(biāo)系的函數(shù)sγ的幅值，sγ的幅值與補(bǔ)償電壓大小無關(guān)為恒定值，而且適用于任何控制方式，適應(yīng)性強(qiáng)。再次把改進(jìn)的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償方法應(yīng)用到PMSM矢量控制系統(tǒng)中，采用MATLAB和Pspice兩種方法進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的有效性。對兩種仿真結(jié)果的對比分析，表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后，文章分析了連續(xù)空間矢量調(diào)制和斷續(xù)空間矢量調(diào)制的輸出波形的區(qū)別和死區(qū)對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產(chǎn)生的斷續(xù)SVPWM波，提出了根據(jù)電壓矢量和電流矢量的相位關(guān)系，通過改變空間矢量作用時(shí)間，來改變驅(qū)動信號脈沖寬度，對其進(jìn)行死區(qū)補(bǔ)償?shù)姆椒ā＝o出了基本空間矢量作用時(shí)間調(diào)整的實(shí)現(xiàn)方法，并建立了MATLAB仿真模型，進(jìn)行仿真研究，仿真結(jié)果驗(yàn)證了補(bǔ)償方法的正確性和有效性。
上傳時(shí)間： 2013-06-04
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近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染、全球變暖、能源短缺的壓力使傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車面臨前所未有的挑戰(zhàn)，燃料電池電動汽車已成為汽車工業(yè)新的熱點(diǎn)。由于燃料電池輸出特性的特殊性，輸出端必須連接DC/DC變換器，使之與驅(qū)動器配合。因此，DC/DC變換器是燃料電池電動汽車的關(guān)鍵零部件之一。 本論文主要對燃料電池電動轎車FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)用DC/DC變換器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)設(shè)計(jì)及電磁兼容(EMC)問題進(jìn)行了研究。重點(diǎn)針對升降壓和雙向DC/DC變換器進(jìn)行分析研究。 首先介紹分析了幾種傳統(tǒng)升降壓直流變換器的工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。針對燃料電池的特性和電動汽車對升降壓DC/DC變換器的性能指標(biāo)要求，分析比較了非隔離式直流變換器的一些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出了Buck-Boost級聯(lián)的升降壓主電路方案并提出相關(guān)的控制策略。然后運(yùn)用模擬仿真軟件MATLAB仿真分析了控制策略的正確性。 其次分析研究了雙向DC/DC變換器的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，綜合比較現(xiàn)有的各種隔離與非隔離方案，結(jié)合車用要求，選擇了非隔離式的Buck-Boost拓?fù)洹ａ槍ζ涔ぷ髟怼⑻攸c(diǎn)進(jìn)行了雙向DC/DC變換器主電路與控制電路的設(shè)計(jì)研究，重點(diǎn)研究其過渡過程的控制策略。在利用MATLAB進(jìn)行各種過渡過程的仿真分析的基礎(chǔ)上，選取了最佳的過渡控制方案。并利用該控制策略編制DSP控制程序，制作了小功率1kW數(shù)字控制雙向DC/DC變換器。 最后深入討論了DC/DC變換器中的電磁兼容問題。分析了DC/DC變換器主電路中存在的主要干擾源、干擾產(chǎn)生的機(jī)理以及干擾傳播途徑，然后以此出發(fā)，重點(diǎn)討論了各種抑制電磁騷擾(EMI)和電磁抗干擾(EMS)的方法及措施，給出具體方案。
上傳時(shí)間： 2013-05-24
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由于能源危機(jī)和環(huán)境污染，世界各國均在投巨資發(fā)展電動汽車。燃料電池電動汽車成為電動汽車發(fā)展的“熱點(diǎn)”。大功率DC/DC變換器能夠改善燃料電池的輸出特性，是燃料電池轎車動力系統(tǒng)中關(guān)鍵的零部件。然而它作為一種BUCK形式的開關(guān)電源，主電路是很強(qiáng)的電磁干擾源，產(chǎn)生的干擾可能通過電源線進(jìn)入到控制電路板，同時(shí)控制電路部分也要用小功率的開關(guān)電源進(jìn)行穩(wěn)壓，因此也可能產(chǎn)生開關(guān)噪聲經(jīng)電源線向外傳輸。因此就必須在控制電路輸入端設(shè)計(jì)電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)濾波器進(jìn)行傳導(dǎo)干擾的抑制。 本論文首先討論了DC/DC變換器的工作原理，分析了變換器產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾從而影響控制電路正常工作的原因。 其次全面、系統(tǒng)地闡述了EMI濾波器的相關(guān)理論，包括阻抗失配原則、人工電源網(wǎng)絡(luò)、濾波網(wǎng)絡(luò)、插入損耗等重要概念。接著研究了濾波元件的選取原則，并針對關(guān)鍵點(diǎn)之一—高頻性能展開了分析，借助仿真觀察了元件寄生參數(shù)的影響，提出了改善濾波器高頻性能的部分方法。 隨后介紹了濾波器的設(shè)計(jì)方法，除了介紹通用的設(shè)計(jì)方法外，著重分析了濾波器設(shè)計(jì)中的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)—噪聲源阻抗的影響、測量及估算，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)地形成了基于源阻抗的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也考慮了濾波器與開關(guān)電源連接時(shí)可能出現(xiàn)的系統(tǒng)不穩(wěn)定性問題，通過仿真分析提出解決方案。 然后闡述了EMI濾波器在工程應(yīng)用中的各種注意事項(xiàng)。 最后結(jié)合DC/DC變換器控制電路的實(shí)際干擾情況，設(shè)計(jì)了EMI濾波器，使控制電路電源輸入端的傳導(dǎo)干擾基本下降到相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)(CISPR25)的三級限值以下。
標(biāo)簽： EMI 開關(guān)電源 濾波器設(shè)計(jì)
上傳時(shí)間： 2013-06-15
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雙向DC/DC變換器（Bi-directionalDC/DCconverters）是能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)能量雙向傳輸?shù)闹绷?直流變換器。隨著科技的發(fā)展，雙向DC/DC變換器的應(yīng)用需求越來越多，正逐步應(yīng)用到無軌電車、地鐵、列車、電動車等直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，直流不間斷電源系統(tǒng)，航天電源等場合。一方面，雙向DC/DC變換器為這些系統(tǒng)提供能量，另一方面，又使可回收能量反向給供電端充電，從而節(jié)約能量。 大多數(shù)雙向DC/DC變換器采用復(fù)雜的輔助網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，本文所研究的Buck/Boost雙向的DC/DC變換器從拓?fù)渖辖鉀Q器件軟開關(guān)的問題；由于Buck/Boost雙向DC/DC變換器的電流紋波較大，這會帶來嚴(yán)重的電磁干擾，本文結(jié)合Buck/Boost雙向DC/DC變換器拓?fù)渑c磁耦合技術(shù)使電感電流紋波減小；由于在同一頻率下不同負(fù)載時(shí)電流紋波不同，本文在控制時(shí)根據(jù)負(fù)載改變PWM頻率，從而使輕載時(shí)的電流紋波均較小。 本文所研究的雙向DC/DC變換器采用DSP處理器進(jìn)行控制，其原因在于：目前沒有專門用于控制該Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制芯片，而DSP具有多路的高分辨率PWM，通過對DSP寄存器的配置可以實(shí)現(xiàn)Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制PWM；DSP具有多路高速的A/D轉(zhuǎn)換接口，并可以通過配合PWM完成對反饋采樣，具備一定的濾波功能。 本文所研究的數(shù)字雙向DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)了在Buck模式下功率MOSFET的零電壓開通及零電壓關(guān)斷，電感電流的交迭使其電感輸出端電流紋波明顯變小，輕載時(shí)PWM頻率的提升也使得電流紋波變小。
標(biāo)簽： F2808 2808 320F DCDC
上傳時(shí)間： 2013-06-08
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逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，逆變電源在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛，同時(shí)對逆變電源輸出電壓波形質(zhì)量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質(zhì)量主要包括三個(gè)方面：一是輸出穩(wěn)定精度高；二是動態(tài)性能好；三是帶負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。因此開發(fā)既具有結(jié)構(gòu)簡單，又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能和負(fù)載適應(yīng)性的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標(biāo)。本文對逆變電源三閉環(huán)控制方案、輸出相位控制、逆變電源數(shù)字化控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以期得到具有高品質(zhì)和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數(shù)，包括逆變器、吸收電路、驅(qū)動電路、變壓器和濾波器，并對逆變電源變壓器的偏磁產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入分析，最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡，研究了一種可以帶不平衡負(fù)載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統(tǒng)動態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上對逆變電源的各種控制方案的性能進(jìn)行了對比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環(huán)控制方案。另外，針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題，采用了一種利用電壓瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)對逆變電源滯后的相角進(jìn)行補(bǔ)償控制的策略，分析表明上述控制策略雖然有效，但無法做到輸出相角穩(wěn)態(tài)無差，對此，提出一種移相控制方案設(shè)想，相當(dāng)于在原多環(huán)控制方案的基礎(chǔ)上加了一個(gè)相位控制環(huán)。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補(bǔ)償，輸出相位精度更高。文章設(shè)計(jì)了逆變電源數(shù)字控制系統(tǒng)，采用TMS320LF2407A控制產(chǎn)生SPWM波，給出控制系統(tǒng)DSP程序運(yùn)行流程圖，并用DSP對其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。多環(huán)反饋控制系統(tǒng)的采用，使系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性和對非線性負(fù)載的適應(yīng)性，使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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逆變器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，數(shù)字控制具有方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法、抗干擾性強(qiáng)和產(chǎn)品容易升級等優(yōu)點(diǎn)，已成為未來逆變器的發(fā)展趨勢。使用數(shù)字技術(shù)控制設(shè)計(jì)逆變器，控制器的性能決定了逆變系統(tǒng)系統(tǒng)的性能。然而在很多高頻應(yīng)用的場合，目前常用的控制器的速度往往不能完全達(dá)到要求。與傳統(tǒng)單片機(jī)和DSP芯片相比，F(xiàn)PGA器件具有更高的處理速度。同時(shí)FPGA應(yīng)用在數(shù)字化逆變器設(shè)計(jì)中，還可以大大簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并可實(shí)現(xiàn)多種高速算法，具有較高的性價(jià)比。在逆變器的全數(shù)字化控制領(lǐng)域，F(xiàn)PGA具有很好的應(yīng)用價(jià)值。 論文首先介紹了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并結(jié)合本課題給出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以單相全橋逆變器為例進(jìn)行了仿真。分析其的電路特點(diǎn)，建立PWM逆變器的統(tǒng)一電路模型、連續(xù)狀態(tài)空間以及離散狀態(tài)空間模型，在此數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，針對逆變器研究分析了目前用于逆變器設(shè)計(jì)的各種數(shù)字控制技術(shù)、控制方案，討論了其控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)，相關(guān)控制器設(shè)計(jì)的一般問題，最后比較了其優(yōu)缺點(diǎn)，指出其存在的共性問題，總結(jié)了使用FPGA設(shè)計(jì)逆變器數(shù)字控制器的優(yōu)勢。然后以單相電壓型PWM逆變器為控制模型采用新型模數(shù)結(jié)合現(xiàn)場可編程門陣列FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制器的方案，給出了純正正弦波逆變器的設(shè)計(jì)方案。 論文詳細(xì)論述了采用模數(shù)混合型FPGA作為主控芯片的高頻逆變器設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)過程。系統(tǒng)主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首個(gè)模數(shù)混合型FPGA。主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：逆變器硬件電路設(shè)計(jì)以及SPWM數(shù)字控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。外圍強(qiáng)電電路的設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于用于前端升壓的高頻變壓器的設(shè)計(jì)以及輸出端LC濾波電感與電容的選取。另外，SPWM“H”字全橋逆變電路中的高懸浮電壓也是設(shè)計(jì)中需要值得注意的重要環(huán)節(jié)。在控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方面，采用FPGA自上而下的設(shè)計(jì)方法，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行了功能劃分，完成了SPWM產(chǎn)生器以及加入死區(qū)補(bǔ)償?shù)腜WM發(fā)生器、和反饋等模塊的設(shè)計(jì)。 論文的結(jié)束部分給出了設(shè)計(jì)結(jié)果，并指出了進(jìn)一步的工作的思路和方向。
標(biāo)簽： 逆變器 數(shù)字控制 技術(shù)研究
上傳時(shí)間： 2013-05-19
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數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)以及控制論的進(jìn)步推動弧焊電源從模擬階段發(fā)展到數(shù)字階段。數(shù)字化逆變弧焊電源不僅可靠性高、控制精度高而且容易大規(guī)模集成、方便升級，成為焊機(jī)的發(fā)展方向，推動了焊接產(chǎn)業(yè)的巨大發(fā)展。針對傳統(tǒng)的埋弧焊電源存在的體積大、控制電路復(fù)雜、可靠性差等問題，本文提出了雙逆變結(jié)構(gòu)的焊機(jī)主電路實(shí)現(xiàn)方法和基于“MCU+DSP”的數(shù)字化埋弧焊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。 本文詳細(xì)介紹了埋弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用，從主電源、控制系統(tǒng)兩個(gè)方面闡述了數(shù)字化逆變電源的發(fā)展歷程，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入探討，設(shè)計(jì)了雙逆變結(jié)構(gòu)的數(shù)字化焊接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的交流方波輸出。 根據(jù)埋弧焊的電弧特點(diǎn)和交流方波的輸出特性，本文采用雙逆變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊機(jī)主電路，一次逆變電路選用改進(jìn)的相移諧振軟開關(guān)，二次逆變電路選用半橋拓?fù)湫问剑⒀芯苛藘纱文孀冞^程的原理和控制方式，進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)計(jì)算。根據(jù)主電路電路的設(shè)計(jì)要求，電流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆變電路的控制并抑制變壓器偏磁，選擇集成驅(qū)動芯片EXB841作為二次逆變電路的驅(qū)動。 本課題基于“MCU+DSP”的雙機(jī)主控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)焊接電源的控制。其中主控板單片機(jī)ATmega64L主要負(fù)責(zé)送絲機(jī)和行走小車的速度反饋及閉環(huán)PI運(yùn)算、電機(jī)PWM斬波控制以及過壓、過流、過熱等保護(hù)電路的控制。DSP芯片MC56F8323則主要負(fù)責(zé)焊接電流、焊接電壓的反饋和閉環(huán)PI運(yùn)算以及控制焊接時(shí)序，以確保良好的電源外特性輸出。外部控制箱通過按鍵、旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行焊接參數(shù)和焊接狀態(tài)的給定，預(yù)置和顯示各種焊接參數(shù)，快速檢測焊機(jī)狀態(tài)并加以保護(hù)。 主控板芯片之間通過SPI通訊，外部控制箱和主控板之間則通過RS—485協(xié)議交換數(shù)據(jù)。通過軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)焊接參數(shù)的PI調(diào)節(jié)，精確控制了焊接過程，并進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì)，解決了影響數(shù)字化埋弧焊電源穩(wěn)定運(yùn)行的電磁兼容問題。 系統(tǒng)分析了交流方波參數(shù)的變化對焊接效果的影響，通過對焊接電流、焊接電壓的波形分析，證明了本課題設(shè)計(jì)的埋弧焊電源能夠精確控制引弧、焊接、 收弧等焊接時(shí)序，并可以有效抑制功率開關(guān)器件的過流和變壓器的偏磁問題，取得了良好的焊接效果。 最后，對數(shù)字化交流方波埋弧焊的控制系統(tǒng)和焊接試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，分析了系統(tǒng)存在的問題和不足，并指出了新的研究方向。 關(guān)鍵詞：埋弧焊；交流方波；數(shù)字化；逆變；軟開關(guān)技術(shù)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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