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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交错并联反激变换器具有电路结构简单,控制方便等优点,并且可以实现电气隔离。但是其升压比不高,变换器中主开关管电压应力较大,且工作中开关管处于硬开关状态,限制了变换器的效率。 针对交错并联反激变换器所存在的问题,本文提出了一种新颖的基于耦合电感第三绕组实现的原边并联、副边并联隔离型软开关Boost变换器。该变换器继承了交错并联反激变换器的优点,两个并联单元互补工作,分担功率损耗,输出电压的脉动频率为主开关管的两倍。不同的是,该变换器具有较高的升压比,变换器中主开关管的电压应力较小,克服了交错并联反激变换器的问题。在软开关方面,变换器使用有源箝位软开关电路,使主开关管与箝位开关管都实现了零电压软开关动作,提高了变换器的效率与使用寿命。因此,它与交错并联反激变换器相比,更适合于低电压输入、高电压输出的应用变换场合。 在该变换器的基础上,针对变换器中输出二极管电压电流振荡较大,本文还提出了经过改进的引入输出箝位电容的变换器。输出箝位电容抑制了二极管两端电压的振荡,减小了二极管的电压应力,提高了变换器的效率。 最后,本文通过仿真与实验验证了基于耦合电感第三绕组实现的原边并联、副边并联隔离型软开关Boost变换器及其改进型变换器方案的可行性与合理性。
上传时间: 2013-05-20
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随着电力电子技术的发展,交流电源系统的电能质量问题受到越来越多的关注。传统的整流环节广泛采用二极管不控整流和晶闸管相控整流电路,向电网注入了大量的谐波及无功,造成了严重的污染。提高电网侧功率因数以及降低输入电流谐波成为一个研究热点。功率因数校正技术是减小用电设备对电网造成的谐波污染,提高功率因数的一项有力措施。本文所做的主要工作包括以下几部分: 1.分析了单位功率因数三相桥式整流的工作原理,这种整流拓扑从工作原理上可以分成两部分:功率因数补偿网络和常规整流网络。在此基础上,为整流电路建立了精确的数学模型。 2.这种单位功率因数三相桥式整流的输入电感是在额定负载下计算出的,当负载发生变化时,其功率因数会降低。针对这种情况,提出了一种新的控制方法。常规整流网络向电网注入的谐波可以由功率因数补偿网络进行补偿,所以输入功率因数相应提高。负载消耗的有功由电网提供,补偿网络既不消耗有功也不提供任何有功。根据功率平衡理论,可以确定参考补偿电流。双向开关的导通和关断由滞环电流控制确定。在这一方法的控制下,双向开关工作在高频下,因此输入电感值相应降低。仿真和实验结果都表明:新的控制方法下,负载变化时,输入电流仍接近于正弦,功率因数接近1。 3.根据IEEE-519标准对谐波电流畸变率的要求,为单位功率因数三相桥式整流提出了另一种控制方法。该方法综合考虑单次谐波电流畸变率、总谐波畸变率、功率因数、有功消耗等性能指标,并进行优化,推导出最优电流补偿增益和相移。将三相负载电流通过具有最优电流补偿增益和相移的电流补偿滤波器,得到补偿后期望的电网电流,驱动双向开关导通和关断。仿真和实验都收到了满意的效果,使这一整流桥可以工作在较宽的负载范围内。 4.单位功率因数三相桥式整流中直流侧电容电压随负载的波动而波动,为提高其动、静态性能,将简单自适应控制应用到了直流侧电容电压的控制中,并提出利用改进的二次型性能指标修改自适应参数的方法,可以在实现对参考模型跟踪的同时又不使控制增量过大,与常规的PI型简单自适应控制相比在适应律的计算中引入了控制量的增量和状态误差在k及k+1时刻的采样值。利用该方法为直流侧电压设计了控制器,并进行了仿真与实验研究,结果表明与PI型适应律相比,新的控制器能提高系统的动态响应性能,负载变化时系统的鲁棒性更强。
上传时间: 2013-06-15
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开关电源以其效率高、功率密度高在电源领域中占主导地位。开关电源多数是通过整流器与电力网相接的,经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的一个非线性电路,其输入电流波形呈脉冲状,交流网侧功率因数很低,在电网中会产生大量的电流谐波和无功功率而污染电网,成为电力公害。开关电源己成为电网最主要的谐波源之一。因此,进行网侧功率因数校正成为目前研究的热点之一。目前研究和应用得较多的高功率因数变换器要用两级:DC/DC开关变换器串联。这种电路的最大缺点是需要多个元器件、成本高、效率低,尤其在中小功率场合应用时很不经济。现在国内外正在开发研究单级功率因数校正电路,具有很高的功率因数且成本低。因而研究单级功率因数校正及变换技术对抑制谐波污染、开创绿色电源以及实现当今开关电源的小型轻量化具有重大意义。 近年来随着电子信息产业的高速发展,人们对开关电源的需求与日俱增,开关电源。PFC(Power Factor Correction)集成控制器己成为发展前景十分诱人的朝阳产业。随着开关电源的广泛应用,开关电源PFC集成控制器显示出了强大的生命力,它具有集成度高、性价比高、外围电路简单和性能指标优良等优点,现已成为开发各类电源及开关电源模块的优选集成电路。 本文首先阐述了电网污染的危害、功率因数的定义,总结了各种功率因数校正变换器的典型拓扑,对各种拓扑的特点、应用场合及控制方法作了比较分析,着重详细介绍了反激拓扑的功率因数校正变换器的应用及优缺点。最后采用功率因数校正芯片SA7527进行了一个小功率电源的功率因数校正的设计,用实验验证了该设计的可行性,结果显示功率因数能达到0.95左右,达到了较好的功率因数校正效果。
上传时间: 2013-06-30
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当今高新技术不断发展,越来越多的高精度仪器设备对输入电源,特别是对输入交流电源的稳压精度要求越来越高。与此同时,随着我国经济的发展和用电负载的急剧增加,电压波动和波形畸变等供电质量问题日趋突出,不能满足高精度仪器设备的需要,因而就需要在电网和这些设备之间增加高稳压精度、宽稳压范围的交流稳压电源。基于Delta逆变技术的交流稳压电源既能进行瞬时的交流电压稳定补偿,又能提高整流输入端的功率因数,减少谐波对电网的污染,因而具有重要的实际意义和研究价值。 本文采取串联补偿型变换器作为主电路的拓扑结构,并从能量双向传输方面对主电路进行了详细阐述。针对Delta逆变器工作特点对交流稳压电源的工作原理进行了分析,并提出一种正向补偿采取整流加高频斩波,负向补偿采取有源箝位Buck变换器的工作模式。建立Delta逆变器与电网相互作用的等效电路模型,得出了理想补偿电压与实际补偿电压定量关系式,分析了逆变输出滤波器的结构、位置对滤波效果的影响和电气参数对实际补偿效果的作用规律。完成了逆变器的输出滤波器、补偿变压器的设计和PWM整流器电容参数的计算。 针对稳压系统中Delta逆变器和PWM整流器两个主体环节,对Delta逆变器的前馈、反馈控制特性和PWM整流器的间接、直接电流控制特性分别进行了综合比较,并应用MATLAB软件建立了改进前馈控制与直接电流控制的仿真模型,对Delta逆变交流稳压速度和精度进行了系统仿真分析,给出了仿真波形,验证了文中所述控制策略的可行性。
上传时间: 2013-07-10
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随着电力电子技术的发展,开关电源的小型化、高频化成为趋势,其中各个部分工作时的电磁干扰问题也越来越严重,因此开关电源的电磁兼容性也越来越引起人们的重视。目前,软开关技术因其能减少开关损耗和提高效率,在开关电源中应用越来越广泛。本文的主要目的是针对开关电源中的电磁干扰进行分析,研究软开关技术对电磁干扰的影响,并且提出一种抑制共模干扰的滤波方法。 本文首先介绍了电磁兼容的定义、开关电源EMI的特点,论述了开关电源中EMI的研究现状。从电磁干扰的三要素出发,介绍了开关电源中电磁干扰的干扰源和干扰的耦合通路。分析了电感、电容、高频变压器等器件的高频特性,并介绍了线性阻抗稳定系统(LISN)的定义和作用。在了解了软开关基本概念的基础上,本文以全桥变换器为对象,介绍了移相全桥ZVS的工作原理,分析了它在实现过程中对共模干扰的影响,并在考虑IGBT寄生电容的情况下,对其共模干扰通道进行了分析。然后以UC3875为核心,设计了移相全桥ZVS的控制电路和主电路,实现了软开关。为了对共模干扰进行抑制,本文提出了一种新型的有源和无源相结合的EMI滤波器,即无源部分采用匹配网络法,将阻抗失配的影响降到最低;有源部分采用前馈控制,对共模电流进行补偿。 针对以上提出的问题,本文通过Saber软件对移相全桥ZVS进行了仿真,并和硬开关条件下的传导干扰进行了比较,得出了在高频段,ZVS的共模干扰小于硬开关,在较低频段改善不大,甚至更加严重,而差模干扰有较大衰减的结论。通过对混合滤波器进行仿真,取得了良好的滤波效果,和传统的无源EMI滤波器相比,在体积和重量上都有一定优势。
上传时间: 2013-05-28
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在能源枯竭环境污染日益严重的今天,光伏发电结合其自身的特点,日益得到各国的重视并将成为各国竞向发展的热点。而光伏并网发电又是光伏利用中的发展趋势,基于此,本文对单相并网发电系统进行了研究,并设计了一台1.5KW的单相光伏并网装置。在对主电路拓扑、MPPT、防孤岛效应、逆变并网控制方法详细分析的基础上,选用了一种双重BOOST前级电压匹配、后级全桥逆变的非隔离型的主电路拓扑结构,这种结构具有前级DC/DC变换控制简单、中间直流母线电压波动小、效率高、体积小等优点。MPPT采用后级实现方式;防孤岛效应采用有被动和主动两种方式;逆变并网控制是光伏并网发电系统中最为重要的环节,其功能作用是把前级的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电与电网并联,并使其输出电流为单位功率因数、总谐波畸变率小于5%,本文对各种逆变并网控制策略分析比较的基础上,采用了带有电网电压前馈补偿的瞬时电流控制方式来实现。系统整体以UC3875和TMS320LF2812为控制核心,前级有UC3875进行双环控制直流母线电压,后级最大功率跟踪、防孤岛效应、逆变并网、并联通讯及故障保护有TMS320LF2812来实现。本文总体工作包括详细的理论分析、主电路设计、软件及硬件电路的设计、调试及实验波形分析等。
上传时间: 2013-04-24
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随着我国工业化进程加快,各种电力负荷迅速增加,造成了电网无功功率消耗增加,使电能的传输和利用效率降低,电能质量中的无功功率补偿问题变得越来越重要。静止无功发生器(STATCOM)作为柔性交流输电系统的重要装置之一,是无功功率补偿发展的趋势。 论文首先介绍并比较了现有的无功补偿装置,分析了STATCOM相对于其他无功补偿装置的优越性。总结了STATCOM的间接电流控制和直接电流控制两种控制方式,并对两种控制方式所衍生的几种控制结构进行了介绍,说明了其控制原理。 详细讨论了直接电流控制的几种控制结构,并建立了相应的仿真模型,进行了仿真和比较分析。研究了它们在稳态性能和动态性能上的优缺点。其中重点讨论了采用空间电压矢量调制方法(SVPWM)跟踪给定电压矢量,来控制STATCOM的电流产生,并且采用直流侧电压可变给定。仿真结果证明此种方法具有直流侧电压利用率高、降低功率器件的开关损耗、适应电网电压不对称的环境的优点。 介绍了基于FPGA和DSP硬件开发平台设计方法。对FPGA的控制软件编程设计进行了详细讨论,其中重点讨论了应用DSP builder。工具箱实现全数字三相锁相环和SVPWM控制模块的方法。
上传时间: 2013-04-24
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当今世界,环境污染严重,能源出现危机,机动车辆排气污染已占城市大气污染的很大比重,电动汽车作为无污染交通工具,在市场上具有很大的优越性。而电动汽车充电技术也在不断发展,不断优化。奥运临近,我国为把2008年北京奥运会办成真正的绿色奥运,将在奥运村及北京很多范围内使用电动汽车。本论文针对2008北京奥运会用电动汽车,对其充电电源进行了系统的研究设计。本文提出了以零电压零电流(ZVZCS)全桥软开关变换器为主拓扑的充电电源系统,实现了较高功率因数与高效率的充电设备。文中首先总结了电动汽车充电电源的研究现状和充电控制策略,进行了多种全桥软开关拓扑比较,最终选择采用副边简单辅助电路的ZVZCS变换器拓扑,该拓扑使用一个电容和两个二极管构成副边辅助电路,无需有损元件和有源开关器件,辅助电路构成简单,控制方法简单,能很好的实现主开关器件的ZVZCS,也能嵌位副边整流电压。以可靠性为大前提,对充电电源进行了参数设计。另外,本文针对轻载情况下,超前臂不能实现零电压开通的问题,对变换器进行了改进,实现了全负载范围的软开关。实验结果验证了该拓扑应用于电动汽车充电电源的可行性。
上传时间: 2013-07-13
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现如今,逆变器的脉冲宽度调制(PWM)技术作为一种最常见的调制方式在交流传动系统中广泛应用。采用PWM调制技术的最终目的在于追求逆变器输出电压、电流波形更接近正弦从而进一步控制负载电机的磁通正弦化。为了达到这些目的,很多种基于PWM原理的调制方法被相继提出并应用。 在铁道牵引调速系统中,逆变装置具有调速范围宽,输出频率变化快等特点,而逆变器本身器件的开关频率又不是很高。这种情况下,分段同步调制模式的使用有效地改善了变频器的输出,达到了减少谐波的目的。本文围绕分段同步调制在交流牵引传动系统中的应用进行研究,主要目的在于解决该调制模式应用中存在的切换点选择、切换震荡冲击等问题。文章详细讨论了分段调制模式下载波比和载波比切换点选取的原则,重点分析了分段同步调制模式下载波比切换点冲击电压的产生原因和危害,提出了改善电压电流冲击的方法,并在搭建的实验平台上验证了理论分析的正确性。此外,本文还对列车高速时载波比极低的极限情况下分段同步调制对变频器输出交流电压和直流回流电流谐波的改善情况进行了理论推导和仿真分析。 论文搭建了用于调制实验的3.7kW小功率电机实验平台,在开环的VVVF调速系统中进行了分段同步调制载波比切换实验;在Matlab/Simulink环境下搭建了分段同步调制模式下的电机牵引模型,进行了分段同步调制载波比切换仿真;实验和仿真结果表明,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发生的冲击,所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间: 2013-08-04
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