隨著對電能應用高效率的要求，基于電力電子技術的非線性負載等開關設備的應用越來越普遍，這些開關設備造成的諧波成分對電網的污染也越來越嚴重。這些諧波會影響其它電氣設備的正常工作，危及電網安全。電力有源濾波器由于能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，得到了廣泛的研究。 本文是在課題組380V、260kVA純有源電力濾波器項目方案的論證階段，為提高大容量單臺純有源濾波器的效率和動、穩態性能而做的分析、設計和仿真驗證工作。論文首先介紹了通過LCL濾波器與電網相連的并聯電力有源濾波器的主電路結構，進而分析了這種主電路結構在大容量和低開關頻率場合對開關紋波衰減的優勢。通過比較PI控制和狀態反饋控制，選取全狀態反饋來達到對系統的穩定控制。 將電網處理為擾動輸入，對LCL主電路在靜止abc坐標系中進行了建模，然后選取系統閉環期望極點設計了控制系統。為消除電網這個外部輸入對指令電流跟蹤的影響，引入了電壓前饋，并從理論上推導了前饋的具體關系式。之后引入了觀測器，并把對電網輸入的建模考慮進了觀測器，消除了電網輸入對狀態估計和補償輸出造成的偏差。在電力有源濾波器實際安裝時，電網進線和變壓器的電感是不確定的，其會加在LCL的網側電感上，從而使對系統基于狀態空間的建模產生偏差，因此文章研究了所設計的控制器對LCL網側電感變化的適應性。為保證電力有源濾波器的穩態指標，對狀態反饋后的系統設計了重復控制器。 最后，基于設計的控制器在MATLAB/Simulink環境下建立了對1MW不控整流負載進行補償的電力有源濾波器系統模型，進行了仿真；并對動靜態性能進行了分析，驗證了設計和理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-06-20
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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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隨著能源消耗的不斷增長和生態環境的日益惡化，世界各國都在積極尋找一種可持續發展且無污染的新能源。太陽能作為一種高效無污染的新能源，尤其受到人類的重視。近年來，許多國家都非常重視發展太陽能光伏發電系統，光伏并網發電技術已成為太陽能光伏應用的主流。本文對光伏并網發電系統進行了詳細介紹，并對其控制方法進行了研究。太陽能光伏并網發電系統的兩大核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤(MPPT)控制和光伏并網逆變控制。首先，本文對太陽能電池的工作原理及工作特性進行介紹，詳細分析太陽能電池工作的等效電路和數學模型。其次，本文對幾種傳統的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法進行了研究、分析和比較，提出各自優缺點。基于最大功率跟蹤過程的快速性和穩定性，設計采用逐步逼近法實現光伏發電系統中太陽能電池的最大功率輸出，以提高系統的性能和最大功率點跟蹤速度。再次，基于光伏并網逆變器的控制目標，研究了光伏并網逆變器的常用控制方法，參考國內外資料，選擇重復-PI控制作為光伏并網逆變器的控制策略。最后，基于TMS320LF2407高速數字信號處理器，設計光伏并網發電系統，給出系統的硬件參數和軟件流程圖，并針對實驗和仿真波形進行分析。
上傳時間： 2013-06-06
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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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風能作為一種清潔可再生能源，發展迅速，已經成為世界新能源最主要的發展方向之一。本文以863計劃項目"MW級風力發電機組電控系統研制"為研究背景，介紹了1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統，研究了變流系統中逆變器的控制方法。 本文首先對風力發電進行了概述，介紹了我國和世界風電發展狀況以及技術發展趨勢。當今風力發電技術，大功率直驅化和雙饋是兩個發展方向，本課題1.2MW風力發電系統就是采用了永磁同步電機加交直交變流系統的結構模式，中間省去了齒輪箱，減少了維護，具有較好的發展前景。 論文第二章首先對風輪機葉片的空氣動力特性進行了分析，介紹了不同風速下風力發電機的控制策略。就直驅技術與變速箱/感應電機技術--目前風力發電領域變速恒頻技術的兩大發展方向作了較為詳細的介紹分析。 在變流系統中，逆變并網是重要的環節，起到了將電能傳輸到電網的作用。文章中重點分析了三相并網逆變器的主電路結構、原理和工作方法，并進行了理論推導和公式說明。 本文對1.2MW永磁同步電機變速恒頻風力發電系統的主電路參數的選擇作了理論推導和計算，包括主電路直流側電容，網側電感，三重化升壓電感，網側濾波電容等，還確定了斬波和逆變部分所采用的開關管和六相整流所采用的二極管，并在額定正常工作情況下，分別計算斬波和逆變部分開關管的損耗和開關管的結溫。 本課題采用瞬時電流法對并網逆變器進行控制。在實驗中上確定了電壓外環和電流內環的PI參數，順利完成了閉環控制實驗。 文中采用DSP2407高速集成控制芯片是控制的核心，并根據控制流程圖對其控制進行了軟硬件設計，實現了控制板上的信號采集、運算、故障檢測、電路驅動等功能。并進行了小功率試驗，得到了較好的電壓電流波形，并對波形進行了詳細分析，驗證了本文采用方法的正確性。
上傳時間： 2013-07-06
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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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隨著永磁同步電機在許多領域得到廣泛應用，對永磁同步電機的研究成為一種必然的發展趨勢，具有實際的意義和價值。本文采用TI公司專用于電機控制的TMS320F240型數字信號處理器作為核心，開發了全數字化的永磁同步電機矢量控制調速系統的軟件，并在改進的清華電機控制試驗平臺上進行了帶機試驗，結果驗證了系統設計方案的可行性。 本文首先深入的研究了永磁同步電機的矢量控制理論，建立了永磁同步電機數學模型，并在此基礎上討論了永磁同步電機的矢量控制調速方案；然后，以清華電機控制試驗平臺為基礎介紹了控制系統硬件結構，其中主要論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設計和調試。在硬件的基礎上，軟件采用匯編語言編程，實現了轉速和電流雙閉環矢量控制，并給出了系統主程序和PWM下溢中斷處理程序流程圖，永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉子相位的初始化、電流采樣、速度位置采樣、矢量坐標變換、sinθ、cosθ值生成、PI調節、空間電壓矢量(SVPWM)模塊等都是在PWM下溢中斷服務子程序中完成的。為達到數值的統一，對軟件中所采用的參數進行了定標。最后在基于硬件平臺的基礎上，對軟件進行帶機調試，試驗表明電機能快速響應并跟蹤給定轉速，從而證明整個系統設計的正確性。 另外，本文還在MATLAB／SIMULINK的基礎上，建立采用模糊神經網絡控制器的永磁同步電機的仿真模型，仿真結果表明：該控制系統具有較好的位置響應和抗干擾能力強。 在論文的最后，對全文的工作做了總結。
上傳時間： 2013-07-27
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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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電力電子裝置的控制技術隨著電力電子技術的發展而愈來愈復雜。開關電源是現代電力電子設備中不可或缺的組成部分，其質量的優劣以及體積的大小直接影響電子設備整體性能。高頻化、小型化、數字化是開關電源的發展方向。 在應用數字技術進行控制系統設計時，數字控制器的性能決定了控制系統的整體性能。數字化電力電子設備中的控制部分多以MCU/DSP為核心，以軟件實現離散域的運算及控制。在很多高頻應用的場合，目前常用的控制器(高性能單片機或DSP)的速度往往不能完全滿足要求。FPGA具有設計靈活、集成度高、速度快、設計周期短等優點，與單片機和DSP相比，FPGA具有更高的處理速度。同時FPGA應用在數字化電力電子設備中，還可以大大簡化控制系統結構，并可實現多種高速算法，具有較高的性價比。 依據FPGA的這些突出優點，本文將FPGA應用于直流開關電源控制器設計中，以實現開關電源數字化和高頻化的要求。主要研究工作如下： 介紹了基于FPGA的DC/DC數字控制器中A/D采樣控制、數字PI算法的實現；重點描述了采用混合PWM方法實現高分辨率、高精度數字PWM的設計方案，并對各模塊進行了仿真測試；用FPGA開發板進行了一部分系統的仿真和實際結果的檢測，驗證了文中的分析結論，證實了可編程邏輯器件在直流開關電源控制器設計中的應用優勢。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著電力電子技術、微處理器技術、控制理論及永磁材料等技術的快速發展，以永磁同步電機作為控制對象的傳動領域得到了越來越廣泛的關注，隨著FPGA的技術的普及和廣泛應用，使得各種先進的控制算法得以實現，于是數字化、智能化的永磁交流控制器成為必然的發展趨勢和當前的研究熱點。本文的主要工作就是圍繞數字化的永磁同步電機控制器研究來展開。首先深入研究了永磁同步電機的數學建模方法及電機控制策略問題。在對永磁同步電機的數學模型進行了推導的基礎上，在PSIM仿真軟件中建立了永磁同步電機的電機模型，提出了一種永磁同步電機傳統控制系統仿真建模的新方法。其次對常用的數字脈寬調制方法進行了數學推導，并對滑模控制理論和矢量控制進行了深入的研究分析，將滑模變結構控制應用于永磁同步電機的調速系統中，改善了傳統PI控制器參數整定繁瑣、系統魯棒性差的缺點，仿真結果驗證了該系統設計方案的優越性。最后在永磁同步電機建模仿真的基礎上，根據永磁同步電機控制器的設計要求及FPGA的特點，提出永磁同步電機控制器的的設計方案。按照FPGA模塊化設計思想，將整個系統進行了合理的劃分，分別對SVPWM、Park變換、SMC、反饋速度測量等重要模塊的FPGA硬件實現算法進行了深入的研究。各模塊在Modelsim平臺上完成功能仿真后并下載到Spartan-3E開發板上完成硬件驗證，驗證結果表明：永磁同步電機在低速和高速時都能穩定運行，從而證實了本設計方案的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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