有源電力濾波器（Active Power Filter，簡稱 APF）是近年來治理電力系統(tǒng)諧波污染的非常有效的裝置。眾所周知，電力電子裝置和非線性負載的廣泛使用，使諧波電流和無功電流大量注入電網，嚴重威脅電網和電氣設備的安全運行與正常使用，并且產生大量的能源浪費。隨著我國“十一五”規(guī)劃中關于建設節(jié)約型社會的戰(zhàn)略方針的提出，應用APF進行諧波和無功治理的研究工作將會有很廣闊的應用前景。 本文闡述了有源電力濾波器的基本原理，介紹了當前主要的幾種APF的分類以及電路拓撲結構，分別對三相三線和三相四線制APF的結構進行分析，建立了兩種數學模型，指出三相三線制APF在實際供電系統(tǒng)中應用的局限性。本文介紹了三種當前廣泛采用的電流控制方法和一種比較先進的空間矢量控制方法。對于APF系統(tǒng)的核心--諧波檢測，本文介紹了三種諧波檢測理論，著重對本文設計的APF所采用的瞬時無功功率理論進行詳細的理論分析，在MATLAB軟件中建立一個三相四線制基于瞬時無功功率理論的APF系統(tǒng)仿真模型，驗證瞬時無功功率理論的可行性。 在進行大量理論分析和驗證的基礎上，設計一臺采用單片機和DSP雙CPU的有源電力濾波器。硬件上設計單片機的時鐘電路、仿真器接口電路；設計DSP的時鐘電路，外接存儲器擴展電路；設計APF系統(tǒng)的電壓周期檢測電路，電流絕對值轉換電路等等。軟件上編寫單片機的主程序和中斷程序、DSP的主程序和啟動搬運程序，調試并給電進行實際測試和實驗分析。
標簽： 并聯(lián)型 仿真 有源電力濾波器
上傳時間： 2013-04-24
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隨著電力電子技術的發(fā)展，交流電源系統(tǒng)的電能質量問題受到越來越多的關注。傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)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(guī)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(fā)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(guī)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(huán)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(yōu)化，推導出最優(yōu)電流補償增益和相移。將三相負載電流通過具有最優(yōu)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(tài)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(guī)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(tài)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(tǒng)的動態(tài)響應性能，負載變化時系統(tǒng)的魯棒性更強。
標簽： 三相橋式 整流 功率因數
上傳時間： 2013-06-15
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現如今，逆變器的脈沖寬度調制(PWM)技術作為一種最常見的調制方式在交流傳動系統(tǒng)中廣泛應用。采用PWM調制技術的最終目的在于追求逆變器輸出電壓、電流波形更接近正弦從而進一步控制負載電機的磁通正弦化。為了達到這些目的，很多種基于PWM原理的調制方法被相繼提出并應用。 在鐵道牽引調速系統(tǒng)中，逆變裝置具有調速范圍寬，輸出頻率變化快等特點，而逆變器本身器件的開關頻率又不是很高。這種情況下，分段同步調制模式的使用有效地改善了變頻器的輸出，達到了減少諧波的目的。本文圍繞分段同步調制在交流牽引傳動系統(tǒng)中的應用進行研究，主要目的在于解決該調制模式應用中存在的切換點選擇、切換震蕩沖擊等問題。文章詳細討論了分段調制模式下載波比和載波比切換點選取的原則，重點分析了分段同步調制模式下載波比切換點沖擊電壓的產生原因和危害，提出了改善電壓電流沖擊的方法，并在搭建的實驗平臺上驗證了理論分析的正確性。此外，本文還對列車高速時載波比極低的極限情況下分段同步調制對變頻器輸出交流電壓和直流回流電流諧波的改善情況進行了理論推導和仿真分析。 論文搭建了用于調制實驗的3.7kW小功率電機實驗平臺，在開環(huán)的VVVF調速系統(tǒng)中進行了分段同步調制載波比切換實驗；在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了分段同步調制模式下的電機牽引模型，進行了分段同步調制載波比切換仿真；實驗和仿真結果表明，文章所提出的方法很好地完成了分段同步算法且有效抑制了可能發(fā)生的沖擊，所得結果驗證了理論分析的正確性。
標簽： 牽引逆變器 分段 調制
上傳時間： 2013-08-04
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本文以異步電機參數離線自整定及參數在線辨識為對象，從理論分析，算法提出，仿真證明和實驗驗證四部分進行了深入研究。 異步電機參數離線自整定及參數在線辨識技術的研究，為異步電機控制性能的不斷提高提供了保障，以使更好，更精確的控制方式能夠應用到工程實際中去。 由于在工程中使用的電機和變頻器不一定能夠匹配，而需要在電機運行之前由專業(yè)的工程師對變頻器作重新設置，此過程復雜，耽誤時間而且需要專業(yè)人員操作。 本文提出一套異步電機參數離線自整定算法，使用C語言編程，并在一臺2.2KW電機的硬件實驗平臺上驗證了該算法，實現了電機在運行之前，變頻器自動測試出電機的基本參數，為矢量控制等控制方式提供所需要的電機參數。 電機在運行過程中，由于溫度等因素的影響，電機的參數會發(fā)生變化，影響電機運行的穩(wěn)定性，所以要對電機參數做在線辨識。本文對異步電機參數在線辨識作了理論分析和方法總結，為下一步工作打下基礎。 算法的實現需要相應的硬件實驗平臺，本文對硬件實驗平臺作了詳細介紹，包括主電路的設計、IGBT的驅動保護電路設計、DSP數字控制器的設計。 本文還對文中提出的實驗方法作了MATLAB/Simulink仿真，驗證了該方法的可行性，對實驗有指導意義。
標簽： 異步電機 參數 參數辨識
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本課題來源于企業(yè)委托開發(fā)項目：大功率兩電平矢量控制變頻器的開發(fā)。課題以感應電動機變頻調速系統(tǒng)的產品化開發(fā)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(tǒng)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(tài)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(jié)器的間接矢量控制系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(xù)研究提出建議。
標簽： 感應電動機 參數辨識 新型控制
上傳時間： 2013-06-25
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本課題是應北京奔馳--戴姆勒克萊斯勒汽車制造有限公司的要求而研究的一種射頻信號源。要求能產生并發(fā)射音樂調制的射頻信號，用于其車載收音機的性能和接收效果的測試，能使收音機連續(xù)搜臺，并且要分多個頻段對其收音機的中波段進行逐臺測試。因為以前的車載收音機都是通過電纜有線連接到其收音機上，但這樣往往得不到實際效果，而且使用麻煩，所以在設計系統(tǒng)時選擇使用無線射頻(調幅)信號源，這樣更容易讓該公司方便使用，系統(tǒng)中還設計了很簡潔的鍵盤和LCD交互界面，使工人操作時很容易上手。 在考慮系統(tǒng)方案的過程中，我們選擇了少有人涉及的丁類放大器作為首選的放大電路，并使用單片機作為控制器。單片機已經是一種很成熟的微處理器，能很方便的產生數字音樂信號。 本論文的安排如下： 首先概述數字功率放大器和射頻的發(fā)展及國內外發(fā)展情況。 第2章對論文的來源及整體方案做了簡要的介紹。 第3章對單片機數字部分做了詳細的論述，講述了數字信號的產生原理，分頻系數的確定，以及各個硬件的具體功能。 第4章將是本文的重點，論述了數字功率放大部分的數學原理，并詳細介紹了數字功放的原理。現在，數字功率放大器雖然在射頻領域少有具體應用，但數字世界的發(fā)展步伐將無法停止，這就要求對原有的傳統(tǒng)意義上的放大電路進行改進，具有一定的創(chuàng)新意義。 第5章對濾波網絡和輸出匹配網絡進行了深入的理論分析和研究，并將研究應用于實際，最終得到了比較滿意的現場效果。 最后一章總結了在實際研究中遇到的問題和解決方法，并對本課題的發(fā)展做了總結。
標簽： 新型數字 射頻功放
上傳時間： 2013-06-18
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隨著計算機技術、電力電子技術的發(fā)展，使得電機性能指標也相應的提高和日益完善。這些變化對電機提出了越來越高的性能與質量指標，也使電機性能的精確測試顯得更為重要。但監(jiān)測保護設備的發(fā)展相對落后。 本文根據電機運行的特點，采用單片機AT89S52和傳感器測試技術，構建了對電機主要運行參數的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)既可以完成現場的實時監(jiān)測，又可以對多個電機完成連續(xù)的參量分析。該系統(tǒng)由參數測量部分，系統(tǒng)的硬件電路組成部分以及軟件實現部分組成。參數測量部分的設計包括傳感器的選型、放大電路的設計、濾波電路的設計以及硬件電路可靠性措施等。在系統(tǒng)的硬件電路組成部分的設計包括了測試儀和抄寫器的電路組成，以及兩者之間的無線通信，還包括了抄寫器與上位機之間通過USB的通訊。在軟件實現的部分通過軟件的編寫完成各個模塊之聞的聯(lián)系。在界面顯示單元設計了基于虛擬儀器的軟件平臺，其中包括總體設置、歷史數據讀取、數據圖形化顯示和數據表格化顯示，并對存儲的數據進行讀取和刪除等操作。可以打印指定時間段的歷史數據，使用戶能夠清楚知道該時間段內信息的變化情況。軟件的界面友好，顯示直觀，操作簡便。實驗結果表明本設計可以滿足實際要求、誤差較小，可應用于實際應用系統(tǒng)。本監(jiān)測系統(tǒng)為以后研制更大規(guī)模的管理系統(tǒng)邁出了具有基礎性和開拓性的一步，其成果具有先進性和潛在的經濟效益。
標簽： 電機 運行參數 監(jiān)測
上傳時間： 2013-06-21
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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(tǒng)(UPS)得到了廣泛應用。UPS模塊化并聯(lián)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(fā)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(lián)系統(tǒng)環(huán)流特性及其并聯(lián)控制實現的研究。首先探討了基于電壓電流雙閉環(huán)控制的逆變器控制設計方法，在確定雙閉環(huán)控制逆變器閉環(huán)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(lián)系統(tǒng)模型分析其環(huán)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(lián)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(huán)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(jié)方法，研究了雙閉環(huán)控制逆變器并聯(lián)系統(tǒng)直流環(huán)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(lián)控制方案的可行性。
標簽： DSP 控制 三相逆變器
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運動控制卡是數控系統(tǒng)的重要組成部分，是上位機與驅動執(zhí)行部件的之間的一座橋梁。數控加工中的定位控制的精度、速度調節(jié)的性能等重要指標都與運動控制卡密切相關。目前，國內研制的運動控制卡與國外專業(yè)性公司研制的先進的開放式運動控制卡相比還有較大差距。因此，對于運動控制卡的研究與開發(fā)具有很大的現實意義。 本文對運動控制卡的各種實現方案作了深入的比較，對于運動控制卡的發(fā)展趨勢進行了探討。在分析數控系統(tǒng)對于運動控制卡需求的基礎上，提出了一種基于DSP的PCI總線運動控制卡的實現方案。該方案具有通用性好、軟件易于修改升級、調試方便等特點。 文中對這一方案的具體實現做了詳細的分析，給出了系統(tǒng)的整體結構設計，軟硬件組成情況。詳盡闡述了運動控制電路、總線接口電路、驅動器接口電路等硬件電路的設計過程，以及運動控制卡的制作過程。論述了DSP上的程序結構，并具體分析了插補算法、速度控制算法等在DSP上的實現方法。對PC機上的運動控制卡的驅動程序的模型以及編寫方法做了介紹。 通過對制成樣板的調試表明，運動控制卡具有良好的性能。
標簽： DSP 運動控制卡
上傳時間： 2013-07-29
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電壓空間矢量脈沖寬度調制技術是一種性能優(yōu)越、易于數字化實現的脈沖寬度調制方案。在常規(guī)SVPWM算法中，判定等效電壓空間矢量所處扇區(qū)位置時需要進行坐標旋轉和反正切三角函數的運算，計算特定電壓空間矢量作用時間時需要進行正弦、余弦三角函數的運算以及過飽和情況下的歸一化處理過程，同時，在整個SVPWM算法中還包含了無理數的運算，這些復雜計算不可避免地會產生大量計算誤差，對高精度實時控制產生不可忽視的影響，而且這些復雜運算的計算量大，對系統(tǒng)的處理速度要求高，程序設計復雜，系統(tǒng)運行時間長，占用系統(tǒng)資源多。因此，從工程實際應用的角度出發(fā)，需要對常規(guī)SVPWM算法進行優(yōu)化設計。 本文提出的優(yōu)化SVPWM算法，只需進行普通的四則運算，計算非常簡單，克服了上述常規(guī)SVPWM算法中的缺點，同時，采用交叉分配零電壓空間矢量，并將零電壓空間矢量的切換點置于各扇區(qū)中點的方法，達到降低三相橋式逆變電路中開關器件開關損耗的目的。SVPWM算法要求高速的數據處理能力，傳統(tǒng)的MCU、DSP都難以滿足其要求，而具有高速數據處理能力的FPGA/CPLD則可以很好的實現SVPWM的控制功能，在實時性、靈活性等方面有著MCU、DSP無法比擬的優(yōu)越性。本文利用MATLAB/Simulink軟件對優(yōu)化的SVPWM系統(tǒng)原型進行建模和仿真，當仿真效果達到SVPWM系統(tǒng)控制要求后，在XilinxISE環(huán)境下采用硬件描述語言設計輸入方法與原理圖設計輸入方法相結合的混合設計輸入方法進行FPGA/CPLD的電路設計與輸入，建立相同功能的SVPWM系統(tǒng)模型，然后利用ISESimulator（VHDL/Verilog）仿真器進行功能仿真和性能分析，驗證了本文提出的SVPWM優(yōu)化設計方案的可行性和有效性。
標簽： FPGACPLD SVPWM 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-07-30
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