隨著電力電子技術的發(fā)展，高壓換流設備在工業(yè)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(fā)展日益成熟。根據對國內晶閘管技術發(fā)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(fā)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(jié)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(yè)節(jié)能中的重要環(huán)節(jié)。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(jiān)測電路和后備觸發(fā)電路提供正常工作所需要的能量。它的優(yōu)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(jié)省了高壓隔離變壓器，節(jié)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(fā)方式的設計。本文在比較各種高壓取能方式和觸發(fā)方式優(yōu)缺點的基礎上，選擇采用RC緩沖取能方式和光纖觸發(fā)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(fā)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(fā)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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變頻器在各行各業(yè)中的各種設備上迅速普及應用，已成為當今節(jié)電、改造傳統工業(yè)、改善工藝流程、提高生產過程自動化水平、提高產品質量以及推動技術進步的主要手段之一，是國民經濟和生活中普遍需要的新技術。但是現有變頻器的調制算法尚存在一些缺點，如開關損耗大和共模電流大等，因此有必要研究和設計高性能調制算法的變頻控制器。鑒于此，開展了以下工業(yè)變頻器高性能調制算法為對象的研究內容： 在闡述了工業(yè)變頻器系統的結構、調制算法、調速算法的基礎上，結合數學模型，分析了共模電壓產生的原理、共模電流其影響和危害，給出了共模電壓和共模電流的關系。總結其他的抑制共模電壓的方案基礎上，提出一種新的共模電壓抑制SVPWM；還闡述了死區(qū)產生的原因及其影響，以及死區(qū)補償的原理并將上述兩個調制算法利用MATLAB/SIMULINK軟件對該系統給予了全面的仿真分析。 變頻器硬件部分設計包括整流濾波電路、逆變器功率電路、上電保護電路、DSP控制系統及其外圍電路、IGBT驅動及保護電路以及反激式開關電源，對于傳感器檢測濾波電路的具體電路參數設計，是在PSPICE上仿真基礎上得出。并在考慮成本、EMC、效率等因素后考慮完成了所有硬件相關的原理圖繪制和PCB繪制； 變頻器軟件部分設計包括主程序、鍵盤掃描程序、系統狀態(tài)處理程序、PWM發(fā)送中斷程序、電機啟動函數、電壓調整程序、AD采樣中斷程序以及故障保護中斷程序。在實現一般SVPWM的基礎上，根據之前理論和仿真得到的共模電壓抑制SVPWM、以及死區(qū)補償算法，將這兩個對SVPWM進行改進的調制算法在硬件平臺上實現。 在硬件電路完成設計的各個階段，逐漸編制相應的控制程序，并進行調試，并完成整個程序的編制和調試。此外，還調試了系統所需的反激式開關電源。整個系統調試中遇到了很多問題，如鍵盤消除抖動問題、共模電壓抑制SVPWM出現的直通現象等。最終完成了工業(yè)變頻器樣機，并且采用的是文章中研究的調制算法，效果良好，達到設計的目的； 提出了一種將有源功率因數校正(PFC)技術引用到串級調速中來提高定子側功率因數的新方法。通過建立電動機折算到轉子側的等值電路，重點分析了有源PFC技術代替?zhèn)鹘y串級調速系統中的不控整流橋后，系統可以等效為轉子串電阻調速。得到了等效串電阻的計算公式和變化趨勢，對電動機功率因數、電磁轉矩脈動也進行了分析，發(fā)現能夠比傳統串級調速時有所提升。鑒于電動機轉子側電勢頻率非常低，分析了有源PFC的具體實現的特殊考慮和參數選取方法，并基于對稱平衡的Scott變壓器和兩個單相有源PFC電路實現了繞線電動機轉子側的三相有源低頻PFC，得到超低紋波的直流輸出電壓。利用MATLAB建立了完整的仿真平臺，所得結果驗證了理論分析的正確性。
上傳時間： 2013-07-09
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本文致力于可并聯運行的斬控式單相交流斬波變換器的研究。交交變換技術作為電力電子技術一個重要的領域一直得到人們的關注，但大都將目光投向AC-DC-AC兩級變換上面。AC/AC直接變換具有單級變換、功率密度高、拓撲緊湊簡單、并聯容易等優(yōu)勢，并且具有較強擴展性，故而在工業(yè)加熱、調光電源、異步電機啟動、調速等領域具有重要應用。斬控式AC/AC 電壓變換是一種基于自關斷半導體開關器件及脈寬調制控制方式的新型交流調壓技術。 本文對全數字化的斬控式AC/AC 變換做了系統研究，工作內容主要有：對交流斬波電路的拓撲及其PWM方式做了詳細的推導，著重對不同拓撲的死區(qū)效應進行了分析，并且推導了不同負載情況對電壓控制的影響。重點推導了單相Buck型變換器和Buck-Boost 變換器的拓撲模型，并將單相系統的拓撲開關模式推導到三相的情況，然后分別對單相、三相的情況進行了Matlab仿真。建立了單相Buck 型拓撲的開關周期平均意義下的大信號模型和小信號模型，指導控制器的設計。建立了適合電路工作的基于占空比前饋的電壓瞬時值環(huán)、電壓平均值環(huán)控制策略。在理論分析和仿真驗證的基礎上，建立了一臺基于TMS320F2808數字信號處理器的實驗樣機，完成樣機調試，并完成各項性能指標的測試工作。
上傳時間： 2013-04-24
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為了解決現有環(huán)形線圈車檢器在工程應用中出現的誤檢問題，尤其是對同一輛大車的多次誤觸發(fā)問題，本文深入研究導致誤檢現象的具體原因，并在這基礎上提出了一套軟硬件的解決方法，以減少誤觸發(fā)現象，提高檢測的準確率。 為了方便測量與調試，本文設計了一個PC端軟件。它與實驗室原有的頻率采集工具一塊配合工作，能實時而直觀地察看車檢器的工作狀況，從而有利于實驗數據的采集與問題分析。通過實驗分析，本文總結了誤檢現象的若干情形，以及導致誤檢問題的主要原因。 針對上述分析的發(fā)現—車檢器采用的單一閾值法不能適應復雜的應用環(huán)境，本文對檢測算法作了改進：對車輛到達的檢測，仍采用單一閾值法；對車輛離開的檢測，則采用平坦性判定法。后者利用了在車輛離開時，線圈頻率從非平坦變?yōu)槠教惯@一特征。它有簡單、易移植和防誤檢的特點。 為了從應用層面解決問題，本文設計了一種基于改進算法的車檢器。與同類車檢器相比，它除了集成上述車檢算法外，還提供一個RS-232的測試端口，按一定的數據協議與PC端的診斷軟件通訊，能夠幫助現場測試工作的開展。 本文還利用了新車檢器做了兩組的實驗：實驗室環(huán)境與高速公路車輛檢測現場環(huán)境下的實驗。第一組驗證了改進算法的防誤檢性能，并計算它的檢測延遲。其中檢測延遲的計算，有助于協調車輛檢測系統中線圈、車檢器與攝像頭三者間的工作。第二組驗證了新車檢器的檢測性能，包括識別和延遲兩方面內容。兩組實驗結果都證實了改進算法的實用價值。
上傳時間： 2013-06-16
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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(huán)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(fā)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(huán)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(fā)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(yōu)化了電機的起動性能。
上傳時間： 2013-06-13
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超聲波電源廣泛應用于超聲波加工、診斷、清洗等領域，其負載超聲波換能器是一種將超音頻的電能轉變?yōu)闄C械振動的器件。由于超聲換能器是一種容性負載，因此換能器與發(fā)生器之間需要進行阻抗匹配才能工作在最佳狀態(tài)。串聯匹配能夠有效濾除開關型電源輸出方波存在的高次諧波成分，因此應用較為廣泛。但是環(huán)境溫度或元件老化等原因會導致換能器的諧振頻率發(fā)生漂移，使諧振系統失諧。傳統的解決辦法就是頻率跟蹤，但是頻率跟蹤只能保證系統整體電壓電流同頻同相，由于工作頻率改變了而匹配電感不變，此時換能器內部動態(tài)支路工作在非諧振狀態(tài)，導致換能器功率損耗和發(fā)熱，致使輸出能量大幅度下降甚至停振，在實際應用中受到限制。所以，在跟蹤諧振點調節(jié)逆變器開關頻率的同時應改變匹配電感才能使諧振系統工作在最高效能狀態(tài)。針對按固定諧振點匹配超聲波換能器電感參數存在的缺點，本文應用耦合振蕩法對換能器的匹配電感和耦合頻率之間的關系建立數學模型，證實了匹配電感隨諧振頻率變化的規(guī)律。給出利用這一模型與耦合工作頻率之間的關系動態(tài)選擇換能器匹配電感的方法。經過分析比較，選擇了基于磁通控制原理的可控電抗器作為匹配電感，通過改變電抗控制度調節(jié)電抗值。并給出了實現這一方案的電路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812為核心設計出實現這一原理的超聲波逆變電源。實驗結果表明基于磁通控制的可控電抗器可以實現電抗值隨電抗控制度線性無級可調，由于該電抗器輸出正弦波，理論上沒有諧波污染。具體采用復合控制策略，穩(wěn)態(tài)時，換能器工作在DPLL鎖定頻率上；動態(tài)時，逐步修改匹配電抗大小，搜索輸出電流的最大值，再結合DPLL鎖定該頻率。配合PS-PWM可實現功率連續(xù)可調。該超聲波換能系統能夠有效的跟隨最大電流輸出頻率，即使頻率發(fā)生漂移系統仍能保持工作在最佳狀態(tài)，具有實際應用價值。
上傳時間： 2013-04-24
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風能作為一種清潔可再生能源，發(fā)展迅速，已經成為世界新能源最主要的發(fā)展方向之一。本文以863計劃項目"MW級風力發(fā)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(fā)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(fā)電進行了概述，介紹了我國和世界風電發(fā)展狀況以及技術發(fā)展趨勢。當今風力發(fā)電技術，大功率直驅化和雙饋是兩個發(fā)展方向，本課題1.2MW風力發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)電領域變速恒頻技術的兩大發(fā)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(huán)節(jié)，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(fā)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(huán)和電流內環(huán)的PI參數，順利完成了閉環(huán)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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本文以電機控制DSPTMS320LF2407為核心，結合相關外圍電路，運用新型SVPWM控制方法，設計電梯專用變頻器。為了達到電梯專用變頻器大轉矩、高性能的要求，在硬件上提高系統的實時性、抗干擾性和高精度性；在軟件上采用新型SVPWM控制方法，以消除死區(qū)的負面影響，另外單神經元PID控制器應用于速度環(huán)，對速度的調節(jié)作用有明顯改善。通過軟硬件結合的方式，改善電機輸出轉矩，使電梯控制系統的性能得到提高。 系統主電路主要由三部分組成：整流部分、中間濾波部分和逆變部分，分別用6RI75G-160整流橋模塊、電解電容電路和7MBP50RA120IPM模塊實現。并設計有起動時防止沖擊電流的保護電路，以及防止過壓、欠壓的保護電路。其中，對逆變模塊IPM的驅動控制是控制電路的核心，也是系統實現的主要部分。控制電路以DSP為核心，由IPM驅動隔離控制電路、轉速位置檢測電路、電流檢測電路、電源電路、顯示電路和鍵盤電路組成。對IPM驅動、隔離、控制的效果，直接影響系統的性能，反映了變頻器的性能，所以這部分是改善變頻器性能的關鍵部分。另外，本課題擬定的被控對象是永磁同步電動機(PMSM)，要對系統實現SVPWM控制，依賴于轉子位置的準確、實時檢測，只有這樣，才能實現正確的矢量變換，準確的輸出PWM脈沖，使合成矢量的方向與磁場方向保持實時的垂直，達到良好的控制性能，因此，轉子位置檢測是提高變頻器性能的一個重要環(huán)節(jié)。 系統采用的控制方式是SVPWM控制。本文從SVPWM原理入手，分析了死區(qū)時間對SVPWM控制的負面作用，采用了一種新型SVPWM控制方法，它將SVPWM的180度導通型和120度導通型結合起來，從而達到既可以消除死區(qū)影響，又可以提高電源利用率的目的。另外，在速度調節(jié)環(huán)節(jié)，采用單神經元PID控制器，通過反復的仿真證明，在調速比不是很大的情況下，其對速度環(huán)的調節(jié)作用明顯優(yōu)于傳統PID控制器。 通過實驗證明，系統基本上達到高性能的控制要求，適合于電梯控制系統。
上傳時間： 2013-05-21
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隨著二十一世紀的到來，人類進入了后PC時代。在這一階段，嵌入式技術得到了飛速發(fā)展和廣泛應用。目前，嵌入式技術及其產品已廣泛應用于智能家用電器、智能建筑、儀器儀表、通訊產品、工業(yè)控制、掌上型電腦、各種智能IC卡的應用等等。將嵌入式系統應用于多媒體移動終端，充分發(fā)揮了嵌入式系統的低功耗、集成度高、可擴充能力強等特點，可以達到集移動、語音、圖像等各種功能于一身的效果。基于以上背景，本文提出了一種基于嵌入式Linux的多媒體播放器設計方案。 本文首先詳細分析了ARM體系結構，研究了嵌入式Linux操作系統在ARM9微處理器的移植技術，包括交叉編譯環(huán)境的建立、引導裝載程序應用、移植嵌入式Linux內核及建立根文件系統，并且實現了嵌入式Linux到EP9315開發(fā)板的移植。 由于嵌入式系統本身硬件條件的限制，常用在PC機的圖形用戶界面GUI系統不適合在其上運行。為此，本文選擇了Qt/Embedded作為研究對象，在對其體系結構等方面進行研究基礎上，實現了Qt/Embedded到EP9315開發(fā)板的移植，完成了嵌入式圖形用戶界面開發(fā)，使得系統擁有良好的操作界面。 針對現今MP3文件格式廣泛流行的特點，本文設計了MP3播放器。在深入研究了MP3文件編碼原理的基礎上，詳細論述了播放器的設計過程，沒有使用硬件解碼方案，采用了軟件解碼，降低了系統開發(fā)成本：在視頻播放方面，本文實現了Linux系統下的通用媒體播放器——Mplayer到EP9315開發(fā)板的移植。通過對音頻數據輸出的研究，解決了Mplayer播放聲音不正常的問題，實現了一個集音樂和視頻播放于一體的嵌入式多媒體播放系統。 最后，總結了論文所做的工作，指出了嵌入式多媒體播放器所需要進一步解決和完善的問題。
上傳時間： 2013-04-24
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通用異步收發(fā)器(Universal Asynchronous Receiver Transmitter，UART)是一種能同時支持短距離和長距離數據傳輸的串行通信接口，被廣泛應用于微機和外設之間的數據交換。像8251、NS8250、NS16550等都是常用的UART芯片，但是這些專用的串行接口芯片的缺點是數據傳輸速率比較慢，難以滿足高速率數據傳輸的場合，而更重要的就是它們都具有不可移植性，因此要利用這些芯片來實現PC機和FPGA芯片之間的通信，勢必會增加接口連線的復雜程度以及降低整個系統的穩(wěn)定性和有效性。 本課題就是針對UART的特點以及FPGA設計具有可移植性的優(yōu)勢，提出了一種基于FPGA芯片的嵌入式UART設計方法，其中主要包括狀態(tài)機的描述形式以及自頂向下的設計方法，利用硬件描述語言來編制UART的各個子功能模塊以及頂層模塊，之后將其集成到FPGA芯片的內部，這樣不僅能解決傳統UART芯片的缺點而且同時也使整個系統變得更加具有緊湊性以及可靠性。 本課題所設計的LIART支持標準的RS-232C傳輸協議，主要設計有發(fā)送模塊、接收模塊、線路控制與中斷仲裁模塊、Modem控制模塊以及兩個獨立的數據緩沖區(qū)FIFO模塊。該模塊具有可變的波特率、數據幀長度以及奇偶校驗方式，還有多種中斷源、中斷優(yōu)先級、較強的抗干擾數據接收能力以及芯片內部自診斷的能力，模塊內分開的接收和發(fā)送數據緩沖寄存器能實現全雙工通信。除此之外最重要的是利用IP模塊復用技術設計數據緩沖區(qū)FIFO，采用兩種可選擇的數據緩沖模式。這樣既可以應用于高速的數據傳輸環(huán)境，也能適合低速的數據傳輸場合，因此可以達到資源利用的最大化。 在具體的設計過程中，利用Synplify Pro綜合工具、ModelSim仿真工具、ISE集成的軟件開發(fā)環(huán)境中對各個功能模塊進行綜合優(yōu)化、仿真驗證以及下載實現。各項數據結果表明，本課題中所設計的UART滿足預期設計目標。
上傳時間： 2013-08-02
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