應用于電動汽車驅動領域的永磁同步電機交流驅動系統是由永磁同步電機、電力電子技術和控制技術相結合而形成的新型交流驅動系統。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統，其輸出轉矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數關系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術進行了研究和設計。 首先課題根據永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉坐標系下的數學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統，在這個系統上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結果表明，課題設計的系統以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統便于實現多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅動系統的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統關鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅動電路，此驅動電路響應迅速、抗干擾性強，驅動性能優越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統全數字化設計，調試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調節、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統的做了全面的總結，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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在以節能、環保和安全為中心的現代汽車中，電氣設備越來越多，電氣負荷越來越大，用新的42V車載電源系統取代現有的14V電源系統將是大勢所趨。目前車載開關電源大都采用模擬控制方案，具有很多缺點，因此非常有必要研究數字控制方案，以便提高變換性能。鑒于此，開展了以車載數字開關電源的理論與設計為對象的研究內容： 基于L4981B的Boost DC/DC變換器的實現。在Boost DC/DC變換器理論分析的基礎上，利用有源PFC電路板，基于模擬控制器L4981B制作成最大輸出功率1kW的24VDC-42VDC變換器。 基于TL494的推挽DC/DC和Boost DC/DC變換器的實現。在推挽變換器理論分析的基礎上，基于模擬控制器TL494進行了功率電路、控制電路和保護電路的原理圖設計和PCB設計，制作成最大輸出功率0.5kW、系統效率87％的24VDC-42VDC車載開關電源。利用此電路板，基于模擬控制器TL494制作成最大輸出功率1kW的24VDC-42VDC變換器。 基于TMS320F2808的Boost DC/DC變換器和單相逆變器的實現。在Boost DC/DC變換器和單相逆變器相關理論分析的基礎上，采用數字PI控制，基于數字控制器TMS320F2808進行了功率電路、輸出電壓閉環控制電路、檢測電路和驅動電路的原理圖設計和PCB設計以及軟件設計，制作成額定輸出功率0.5kW、系統效率86％的24VDC-42VDC車載數字開關電源和24VDC-97VDC-330VDC、42VDC-24VAC變換器。
上傳時間： 2013-07-04
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統一潮流控制器(UPFC)作為一種典型的FACTS裝置，綜合了FACTS元件的多種靈活控制手段，能同時或選擇地控制線路的基本參數(電壓、阻抗、相角)，也可交替地控制線路上的有功和無功潮流，還可獨立地提供可控的并聯無功補償。因此UPFC被認為是最有創造性，功能最強大的FACTS元件。 首先，本文詳細分析了統一潮流控制器的基本結構和工作原理。采用開關函數法建立了電壓源型變流器的數學模型，并推導了統一潮流控制器在abc三相坐標系和dq旋轉坐標系下的數學模型，該模型考慮到直流環節電容儲能的動態變化過程，從而使其更適合于系統的動態特性分析。本文討論的UPFC控制采用基于兩相旋轉坐標系下的非線性解耦控制方案，在UPFC的精確模型下具有可快速跟蹤給定值的優點，且在dq坐標系下可以實現有功和無功功率的獨立控制；在電容電壓PI調節中加入電流反饋，使其更接近真實值。 其次，本論文在分析UPFC數學模型的基礎上建立了UPFC在MATLAB平臺上的仿真模型；然后利用MATLAB建立了三相環形電力系統，將UPFC模型應用到該系統中，著重研究了UPFC對電網電能質量的影響。首先研究了UPFC對故障系統中電網功率的影響以及UPFC對提高故障系統功率穩定性的作用；同時，對UPFC能夠抑制無故障系統中系統接入電網時的功率沖擊進行了研究。最后，通過仿真波形研究了UPFC對電網故障中電壓跌落的補償作用以及UPFC對正常系統電壓的影響，結果發現，UPFC可以保持故障中的系統電壓為正弦波。
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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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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無功補償對于現代電力系統的運行與穩定性來說是必不可少的。靜止無功發生器(SVG)經過了三十多年的發展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優越的動態性能,可以大大提高電力系統的電壓調整能力和系統穩定性,進而提高電力系統的輸電能力。在我國,充分發揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩態數學模型和標幺值數學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現。接下來研究比較了SVG的兩種傳統控制策略,介紹了幾種PWM觸發技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統電流間接閉環控制算法的SVG進行了系統級仿真實現,在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優缺點、電網本身的大擾動和電力系統對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環的控制方法。其中電流內環采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環則采用系統動態電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環節的控制算法進行了仿真,并針對外環控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優越性,為基于雙閉環控制的SVG系統級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環系統的SVG進行了仿真實現,并對在電網不同情況下的補償效果與傳統電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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矢量控制變頻調速系統是國內當前電氣傳動和自動化領域研究的熱點和技術攻堅的難點。矢量控制技術作為一種先進的控制策略，是在電機統一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發展起來的，具有先進性、新穎性和實用性的特點。其思想就是將異步電動機的數學模型通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現磁通和轉矩的解耦控制，以期達到獨立控制電機轉矩的效果。 本課題基于矢量控制的基本原理，采用TI公司最先進的電機控制專用DSP芯片TMS320F2812，開發出了一套基于轉子磁鏈位置估計和轉子速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統，并實現了實際運行，初步達到了產品化的目標。主要的工作如下： (1)從電機數學模型和坐標系變換入手，采用電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制方案，深入探討了SVPWM和矢量控制的基本原理，并完成了調速系統的功能框圖； (2)基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812和MITSUBISHI的IPM模塊PM50RSA120，設計了調速系統的硬件電路，包括控制電路，驅動電路，電源電路和操作面板電路等； (3)設計了基于轉子磁鏈位置估計和速度估計的電流轉速雙閉環的轉子磁場定向直接矢量控制變頻調速系統的軟件部分，給出了調速系統的軟件流程圖和各子模塊的具體實現； (4)采用先進的自適應Fuzzy-PI調節器來代替傳統的PI調節器作為速度控制器，取得了較好的控制效果； (5)搭建了整個變頻調速實驗平臺，進行了整機測試，給出了實驗結果和結論。 該系統已經成功應用于矢量變頻器成品生產中，在北京天華博實電氣有限公司的變頻器生產車間進行了相應的實驗。實驗表明，該系統具有良好的動靜態性能，運行穩定，抗干擾能力強，獲得用戶好評，不失為一套具有先進性、新穎型、實用性的高性能變頻調速系統。
上傳時間： 2013-05-25
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本課題來源于企業委托開發項目：大功率兩電平矢量控制變頻器的開發。課題以感應電動機變頻調速系統的產品化開發為目標，對感應電動機參數離線辨識技術和控制器進行了研究和試驗。本人除了參加整體系統的設計和制作任務外，獨立完成了參數離線辨識工作。文章介紹了一種實用的參數離線辨識方法，在綜合各種控制策略基礎上給出了一套基于DSP的數字化解決方案，通過整機進行了軟硬件調試，實現了設計目標。為產品化打下一定的基礎。 論文第1章介紹了矢量控制以及坐標變換，分析了電動機參數對矢量控制的影響，通過Matlab仿真了電動機參數變化對變頻器輸出的影響。 第2章對辨識主要介紹了參數辨識的算法，對感應電機靜態數學模型進行了化簡，得到各個參數與電壓電流之間的關系方程。通過單相直流試驗和單相交流試驗辨識電動機參數。采用迭代算法計算出非線性方程的數值，還介紹了一種基于電壓電流瞬時值計算電動機功率因數的方法。 第3章對控制器進行了研究，對當前比較先進的自抗擾控制，自適應控制，基于非線性的逆控制等控制策略進行了綜述。最后對基于PI轉速調節器的間接矢量控制系統進行了仿真，并給出了仿真結果。 第4章介紹了實驗室自主開發的基于TI公司DSP TMS320F2812的通用交流調速試驗裝置。根據通用試驗裝置的設計要求設計了控制板電路，電源板電路，功率板電路等電路，進行了調試，并應用到試驗之中，性能達到要求。 第5章介紹了整個系統的功能軟件設計和功能試驗結果，給出了部分程序流程圖和裝置的基本功能試驗波形。 最后就課題的研究進行了整體總結，為將來的后續研究提出建議。
上傳時間： 2013-06-25
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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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