数字技术、电力电子技术以及控制论的进步推动弧焊电源从模拟阶段发展到数字阶段。数字化逆变弧焊电源不仅可靠性高、控制精度高而且容易大规模集成、方便升级,成为焊机的发展方向,推动了焊接产业的巨大发展。针对传统的埋弧焊电源存在的体积大、控制电路复杂、可靠性差等问题,本文提出了双逆变结构的焊机主电路实现方法和基于“MCU+DSP”的数字化埋弧焊控制系统的设计方案。 本文详细介绍了埋弧焊的特点和应用,从主电源、控制系统两个方面阐述了数字化逆变电源的发展历程,对数字化交流方波埋弧焊的国内外研究现状进行了深入探讨,设计了双逆变结构的数字化焊接系统,实现了稳定的交流方波输出。 根据埋弧焊的电弧特点和交流方波的输出特性,本文采用双逆变结构设计焊机主电路,一次逆变电路选用改进的相移谐振软开关,二次逆变电路选用半桥拓扑形式,并研究了两次逆变过程的原理和控制方式,进行了相关参数计算。根据主电路电路的设计要求,电流型PWM控制芯片UC3846用于一次逆变电路的控制并抑制变压器偏磁,选择集成驱动芯片EXB841作为二次逆变电路的驱动。 本课题基于“MCU+DSP”的双机主控系统来实现焊接电源的控制。其中主控板单片机ATmega64L主要负责送丝机和行走小车的速度反馈及闭环PI运算、电机PWM斩波控制以及过压、过流、过热等保护电路的控制。DSP芯片MC56F8323则主要负责焊接电流、焊接电压的反馈和闭环PI运算以及控制焊接时序,以确保良好的电源外特性输出。外部控制箱通过按键、旋转编码器进行焊接参数和焊接状态的给定,预置和显示各种焊接参数,快速检测焊机状态并加以保护。 主控板芯片之间通过SPI通讯,外部控制箱和主控板之间则通过RS—485协议交换数据。通过软件设计,实现焊接参数的PI调节,精确控制了焊接过程,并进行了抗干扰设计,解决了影响数字化埋弧焊电源稳定运行的电磁兼容问题。 系统分析了交流方波参数的变化对焊接效果的影响,通过对焊接电流、焊接电压的波形分析,证明了本课题设计的埋弧焊电源能够精确控制引弧、焊接、 收弧等焊接时序,并可以有效抑制功率开关器件的过流和变压器的偏磁问题,取得了良好的焊接效果。 最后,对数字化交流方波埋弧焊的控制系统和焊接试验进行了总结,分析了系统存在的问题和不足,并指出了新的研究方向。 关键词:埋弧焊;交流方波;数字化;逆变;软开关技术
上传时间: 2013-04-24
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轻型高压直流输电系统在解决交流系统非同步互联、向偏远地区的无源负荷供电、满足保护环境要求等方面具有很大的优势。在传统的基于两电平或三电平电压源型换流器的轻型高压直流输电系统中,换流器交流侧需要使用体积庞大和笨重的滤波装置,桥臂的高电压需要功率开关器件直接串联来实现等,增大了换流站的占地空间,降低了换流器的工作效率。 本文针对传统轻型高压直流输电系统所存在的缺点,采用一种新的模块化多电平换流器作为轻型高压直流输电系统的换流器。分析了模块化多电平换流器的工作原理,并提出将其应用于轻型高压直流输电系统的调制算法和控制策略。最后对控制系统的具体实现方案进行一定的探讨。通过仿真验证所提出的调制算法和控制策略的正确性。具体说来,全文的主要工作体现在以下几个方面: 1、详细讲述模块化多电平换流器的拓扑结构、子模块的具体实现形式及工作原理,并提出适合该换流器的调制算法。 2、详细介绍组成轻型高压直流输电系统的电压源型换流器的工作原理,分析电压源型换流器的间接电流和直接电流控制策略。 3、对基于模块化多电平换流器的轻型高压直流输电系统进行仿真,验证所提出控制策略的正确性。 4、探讨解决模块化多电平换流器子模块直流侧电容电压的均衡问题,提出一种较为简单有效的控制方法。 5、提出基于模块化多电平换流器结构的轻型高压直流输电控制系统的实现方法,并重点讲述子模块的数字逻辑电路的实现方法。
上传时间: 2013-04-24
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在能源日渐枯竭、环境污染日益严重的今天,太阳能作为一种新兴的绿色能源,以其取之不竭、用之不尽、无污染等优点,受到人们越来越多的重视。作为太阳能利用的一种有效方式,光伏发电技术得到了迅速地发展。 光伏充电控制系统是光伏发电系统中重要的组成部分,光伏电池将太阳能转变为电能,蓄电池将转化出来的电能储存起来,充电控制系统在该过程中起着枢纽作用。本文以光伏充电控制系统作为研究对象,从系统的参数选择、拓扑结构、控制策略、最大功率跟踪及蓄电池的保护等方面作了详细的分析和研究。论文主要工作如下: 1)本文详细介绍了最大功率点跟踪技术在光伏充电系统中的应用,分析和比较了常用的最大功率点跟踪方法的优缺点,讨论了一种改进的MPPT算法--“山峰”逼近法。与原有的跟踪方法相比,该方法具有良好的启动特性,最大功率点跟踪精度、系统对外界条件变化的响应速度和运行的稳定性都有一定的提高。仿真结果表明这种算法能够准确地找到最大功率点。 2)通过对蓄电池充电特性和常用充电方法的分析,制定了本文所采用光伏充电方法,其充电过程分为最大功率充电、恒压充电和浮充电三种状态。该方法综合了恒流充电快速、安全的优点和恒压充电能够控制过充电以及在浮充状态保持电池100%电量的优点。 3)分析和比较了不同光伏充电控制系统的结构、性能和特点,确定采用Buck拓扑作为智能光伏充电系统的主电路结构,该电路结构简单,运行可靠,可以满足最大功率跟踪和光伏充电的要求。给出了该系统主电路、控制电路各元件参数的选择和系统的软件设计流程图。 4)根据前面的理论研究,本文设计制作了智能光伏充电控制系统的实验样机,并进行了实验研究,获得了良好的实验结果。
上传时间: 2013-07-20
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随着全球汽车保有量的与日俱增,能源危机和环境污染正逐渐成为制约世界汽车工业发展的瓶颈。而新兴的混合动力汽车(HEV)在节能和排放上的优越性正逐步体现出来。由于采用“油、电”配合的方式来驱动车体,其所搭载电动机及其驱动控制系统的研究则成为混合动力汽车研发中的关键技术之一,它直接决定着整车的动力性,燃油经济性和排放指标。 论文首先比较了常见的几种电动汽车的性能,概括了混合动力汽车的优点,介绍了混合动力汽车电机及其控制系统技术的发展现状;其次探讨了几种常用交流电动机的性能优劣,由于永磁同步电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能,本文混合动力汽车传动系统选用永磁同步电机;根据混合动力汽车所搭载电动机在功率和扭矩上的要求以及永磁同步电机在结构上的特点,选取了发动机电机系统的结构布置形式;论文建立了永磁同步电动机的数学模型,分析了永磁同步电动机矢量控制的原理;设计了基于TMS320F2812DSP的永磁同步电动机矢量控制系统,详细阐述了功率驱动电路,速度及位置检测电路,电流反馈及过流保护电路,CAN通讯模块等系统中重要的组成单元;软件采用模块化的结构,阐述了关键子程序如电流采集、位置检测程序和SVPWM产生子程序。 最后,搭建了实验平台,对硬件进行了调试和修改,通过样机及系统台架试验,取得了大量的实验数据,检验了所设计样机的特性,发现其制作过程中的不足,并实现了电机控制系统的闭环控制,从而达到了对混合动力汽车用永磁同步电动机控制系统的探索与研究的目的。
上传时间: 2013-05-23
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交流伺服技术是研制开发各种先进的机电一体化设备,如工业机器人、数控机床、加工中心等的关键性技术,但是要提高交流伺服系统的控制性能关键在于伺服控制器对电机动态和静态响应的控制,要获得良好的电机动、静态性能关键在于伺服控制器的控制算法。为此,本文开展了主要针对电机控制算法中的PID控制器参数整定算法研究。研究工作是基于黑龙江省科技攻关项目为支撑。 本论文在查阅大量文献资料的基础上,掌握了系统构成和基本控制原理,并分析了国内交流伺服存在的问题,设计了基于TI公司电机数字化控制芯片TMS320F2812的交流伺服控制器的控制单元;基于三菱公司智能化功率器件IPM设计了控制器的功率单元;以及电源单元和相关电路的保护单元。 基于电机矢量控制原理,构建了永磁同步电机的矢量控制模型,在原有研究的基本PID控制基础上,根据模糊控制的基本原理,研究了应用于电机控制的模糊参数自整定PID控制器设计原理,构建模糊参数自整定PID控制器的数学模型,并进行该系统的仿真研究和实际应用程序设计。 本文的重点是阐述模糊参数自整定PID控制器的设计原理和方法,利用基于模糊参数自整定PID控制器的交流伺服系统仿真模型,应用Matlab/Simulink仿真软件平台验证模型和算法的正确性,并与常规PID控制性能进行对比分析。在实际硬件平台验证了本文提出算法的可行性和正确性。 通过仿真和实际结果对比得出结论,模糊参数自整定PID控制器可以提高交流伺服系统的动态和静态性能。
上传时间: 2013-04-24
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传统开环运行的三相混合式步进电动机驱动系统中存在着振荡和失步等不足之处。本文针对这种情况,通过对理想化三相混合式步进电动机数学模型的分析,把三相混合式步进电动机视为一种低速同步电动机。同时,结合电流跟踪型PWM控制方式及恒流斩波驱动的工作原理,设计了基于数字信号处理器TMS320F2812的全数字三相混合式步进电动机正弦波细分驱动系统。 首先,本文从三相混合式步进电动机的数学模型出发,对步进电动机的细分驱动方式进行了研究,分析了步进电动机连续均匀旋转的工作机理。然后分析了步进电动机的运行特性及细分控制的必要性,进而分析了细分驱动对改善步进电动机运行性能的作用,并针对细分运行的一些不足之处,提出了均匀细分恒转矩控制的方案。理论分析表明,在混合式步进电动机的三相定子绕组中通以互差120°的正弦波电流时,可得到类似同步机的转矩特性,使电动机均匀旋转。 本系统硬件电路以TMS320F2812为核心,采用正弦波细分和电流跟踪型脉宽调制(PWM)技术实现三相混合式步进电动机的细分控制,使三相定子绕组电流严格跟踪电流给定信号变化。应用IR公司的IR2130集成驱动芯片进行了步进电动机驱动系统的功率驱动环节的设计,节省了板上空间,减小了装置体积。同时从装置可靠性出发,设计了一套安全可靠的硬件保护电路。 实验结果表明,本文所设计的三相混合式步进电动机正弦波细分驱动器具有优良的控制性能。细分运行时减弱了混合式步进电动机的低速振动和噪声,使电动机运行平稳,并改善了其低频运行性能。
上传时间: 2013-06-27
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随着低压供电系统中感性负荷越来越多,电网对无功电流的需求量急剧增加,为了提高系统供电质量和供电效率,必须对电网进行无功补偿。晶闸管投切电容器(TSC)一种简单易行的补偿措施,并已得到广泛应用。但是长期以来无功补偿装置中的电容器投切开关存在功能单一、使用寿命短、开关冲击大等不足,这些不足严重制约了补偿装置的发展。因此开发大容量快速的集多种功能于一体的电子开关功率单元将是晶闸管投切电容器(TSC)技术中长期研究的主要内容,具有很高的实用价值。 首先,本文回顾了投切开关的发展历史,并指出它们存在的优点和弊端。阐述了晶闸管投切电容器(TSC)的基本工作原理及主电路的组成和实现手段。 其次,提出功率单元的概念,并介绍了它的组成、功能和作用、对功率单元各个组成部分进行研究,主要包括根据系统电压和电流选择晶闸管型号、根据TSC无过渡过程原理的分析来设计过零触发模块、利用补偿电容上的工作电压波形设计多功能卡上的工作指示电路、故障检测电路,根据TSC的保护特点将温度开关串入到控制信号和冷却风扇电路,在温度过高时起到对功率单元的保护作用。然后在理论及设计参数的基础上制造功率单元。在已有的TSC补偿装置上对功率单元的性能进行实验,实验结果表明,论文所设计功率单元能很好的实现投切电容器的作用,还实现各种保护和显示功能,提高效率和补偿效果。 最后,系统地阐述了功率单元作为集成化开关模块在无功补偿领域的优越性,并指出设计中需要完善的地方。
上传时间: 2013-07-19
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在以节能、环保和安全为中心的现代汽车中,电气设备越来越多,电气负荷越来越大,用新的42V车载电源系统取代现有的14V电源系统将是大势所趋。目前车载开关电源大都采用模拟控制方案,具有很多缺点,因此非常有必要研究数字控制方案,以便提高变换性能。鉴于此,开展了以车载数字开关电源的理论与设计为对象的研究内容: 基于L4981B的Boost DC/DC变换器的实现。在Boost DC/DC变换器理论分析的基础上,利用有源PFC电路板,基于模拟控制器L4981B制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TL494的推挽DC/DC和Boost DC/DC变换器的实现。在推挽变换器理论分析的基础上,基于模拟控制器TL494进行了功率电路、控制电路和保护电路的原理图设计和PCB设计,制作成最大输出功率0.5kW、系统效率87%的24VDC-42VDC车载开关电源。利用此电路板,基于模拟控制器TL494制作成最大输出功率1kW的24VDC-42VDC变换器。 基于TMS320F2808的Boost DC/DC变换器和单相逆变器的实现。在Boost DC/DC变换器和单相逆变器相关理论分析的基础上,采用数字PI控制,基于数字控制器TMS320F2808进行了功率电路、输出电压闭环控制电路、检测电路和驱动电路的原理图设计和PCB设计以及软件设计,制作成额定输出功率0.5kW、系统效率86%的24VDC-42VDC车载数字开关电源和24VDC-97VDC-330VDC、42VDC-24VAC变换器。
上传时间: 2013-07-04
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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用,已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一,是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点,如开关损耗大和共模电流大等,因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此,开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容: 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上,结合数学模型,分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害,给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上,提出一种新的共模电压抑制SVPWM;还阐述了死区产生的原因及其影响,以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源,对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计,是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制; 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上,根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法,将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段,逐渐编制相应的控制程序,并进行调试,并完成整个程序的编制和调试。此外,还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题,如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机,并且采用的是文章中研究的调制算法,效果良好,达到设计的目的; 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路,重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后,系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势,对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析,发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低,分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法,并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC,得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台,所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间: 2013-07-09
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静电除尘器是环保行业的重要设备,在工业粉尘的回收处理方面有着非常重要的应用。课题的主要内容是研制用于静电除尘的高频大功率高压直流电源,满足国内市场的需要。本文从实际应用的角度出发,对该高压直流电源进行研究并给出了主要研制过程。 第一章首先介绍了静电除尘器的工作原理和除尘器的电特性,然后介绍了几种当前工业界常用的除尘电源的供电方式,并指出了静电除尘电源的发展方向是高频逆变化。在分析了高频化静电除尘电源在国内外的研究现状和发展趋势后,结合课题的要求,提出了本文需要解决的问题。 第二章首先对逆变电路的功率变换技术进行了分析。接着分析了除尘电源采用PWM硬开关方式的电路特性,并利用PSpice软件进行了仿真分析,估算出了采用这种方式开关管的损耗。然后重点分析了采用串联负载串联谐振和LCC串并联负载串联谐振这两种谐振软开关工作方式时的电路特性,推导了电路所满足的条件。在利用PSpice软件仿真分析的基础上估算出了开关管的损耗。最后通过电路损耗和可行性的比较,选择LCC串并联负载串联谐振电流断续的软开关工作方式应用于大功率高频高压电源。 第三章首先确定了三相晶闸管可控整流,电压型全桥IGBT逆变,高频变压器升压和高压硅堆全桥整流的主电路拓扑结构。然后给出了高压直流电源的整流电路、逆变电路、主功率回路以及高频升压变压器的设计过程。整流电路的设计包括晶闸管的选取以及交流电抗器和直流母线滤波电容的设计;逆变电路选用IGBT并联来实现开关管,并详细分析了IGBT驱动器的选择以及在并联形式下的应用;主功率回路的设计主要是包括迭层母线板的设计。 第四章首先简单介绍了高压直流电源在静电除尘应用中的控制策略。然后详细分析了各部分保护电路的工作原理。 第五章给出了样机的实验结果和重要波形,验证了设计的可行性。
上传时间: 2013-04-24
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