在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,新能源的开发与利用愈来愈受到重视。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注。而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要发展趋势,必将得到快速的发展。在并网型光伏发电系统中,逆变器是系统中最末一级或唯一一级能量变换装置,其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个并网型系统的性能和投资。按照不同的标准光伏并网逆变器的拓扑结构分为很多种,本文主要研究单相非隔离型光伏并网逆变器。 文章首先概述了光伏并网系统的发展情况并分析了当前国际金融危机对光伏产业的影响。其次,分析了当前国际市场上主要的光伏逆变器产品的特点,概括了光伏并网系统中光伏阵列的配置。随后,本文以单相全桥拓扑为模型分析了非隔离型并网系统在采用不同的PWM调制策略下的共模电流,指出了抑制共模电流需满足的条件。对于全桥和半桥拓扑,分析了不同的滤波方式对共模电流抑制的影响。总结了能够抑制共模电流的实用电路拓扑并提出了一种能够抑制共模电流的新拓扑。对不同拓扑的损耗情况在文章中进行了比较。 对于非隔离型并网系统中的逆变器易向电网注入直流分量的问题,首先分析了直流分量产生的原因及其导致变压器产生的直流偏磁饱和现象。在此基础上,总结了抑制直流分量的方法,指出了半桥拓扑能够抑制直流分量。对于并网电流的控制,工程上通常采用比例积分控制器,而比例积分控制器在理论上无法实现无静差控制,因此,本文对能够实现无静差控制的比例谐振控制器进行了简要分析。最后,在非隔离型1.5kW实验平台上对共模电流和直流分量的抑制方法进行了验证。
上传时间: 2013-07-30
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在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。双馈电机变速恒频(VSCF)发电是通过对转子绕阻的控制来实现的,而转子回路流动的功率是由发电机运行范围所决定的转差功率,因而可以将发电机的同步转速设定在整个运行范围的中间。如果系统运行的转差率范围为±30%,则最大转差功率仅为发电机额定功率的30%,因此交流励磁变换器的容量可大大减小,从而降低成本。该变换器如果加上良好的控制策略,则系统运行将具有优越的稳态和暂态运行性能,非常适用于风能这种随机性强的能源形式。本文对变速恒频双馈机风力发电系统的若干关键技术,如空载柔性并网、带载柔性并网、解列控制、最大功率点跟踪、电网电压不平衡运行、低电压故障穿越等问题进行了深入研究,论文的主要工作如下: 根据交流励磁变速恒频风力发电的运行特点,将电网电压定向的矢量控制方法应用在双馈发电机的并网发电控制上。研究了一种基于电网电压定向的双馈机变速恒频风力发电柔性并网控制策略,在变速条件下实现无电流冲击并网和输出有功、无功功率的解耦控制,建立了交流励磁发电机柔性并网及稳态运行的控制模型,对柔性并网及其逆过程的解列分别进行了仿真和实验研究。 提出了一种以向电网输送净电能最多为目标的最大功率点跟踪控制策略,在不检测风速情况下,能够自动寻找并跟随最大功率点,且不依赖风力机最佳功率特性曲线,提高了发电系统的净输出能力,具有良好的动、静态性能。仿真和实验结果证明了本控制策略的正确性和有效性。 对网侧变换器分别进行了幅相控制和直接电流控制策略的研究。结果表明:幅相控制策略简单实用,可以得到正弦波电流,且波形谐波小,实现了单位功率因数运行,但响应速度相对较慢;而直接电流控制策略具有网侧电流闭环控制,使网侧电流动、静态性能得到提高,实现对系统参数的不敏感,增强了电流控制系统的鲁棒性,但算法相对复杂。 在电网不平衡条件下,如果以传统的电网电压平衡控制策略设计PWM整流器,会使系统出现不正常的运行状态。为了提高三相PWM整流器的运行性能,本文对电网电压不平衡情况下三相PWM整流器运行控制策略进行了改进,研究了消除负序电流和抑制输入功率二次谐波的控制策略,实现了线电流正弦、负序输入电流为零及总无功功率输入为最小的目标。 为了提高VSCF风力发电系统的运行能力,本文对电网故障时双馈风力发电系统低电压穿越控制(LVRT)进行了研究,在不改变系统硬件结构的情况下,通过改变励磁控制策略来实现LVRT;在电网故障时使电机和变换器安全穿越故障,保持不脱网运行,提高系统的稳定性和安全性。
上传时间: 2013-07-09
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随着科学技术的发展,汽车结构不断完善,人们对汽车的性能更加关注。汽车本身是一个复杂的系统,在使用过程中,随着行驶里程的增加和使用时间的延续,汽车技术状况可能不断恶化,需要定期进行检测。汽车底盘测功机是一种不解体检验汽车性能的检测设备,采用现代电测和计算机技术,模拟汽车在各种路面行驶阻力,使汽车的道路试验项目移至室内进行,减少室外环境变化对测试的影响,能够很好的改善试验人员的试验环境和提高测试精度。 本文首先介绍了汽车底盘测功机的发展历史和研究现状,阐明了研究汽车底盘测功机测控系统的目的和意义,给出了汽车底盘测功机的结构和工作原理,在详细分析汽车道路上和底盘测功机上运行受力情况的基础上,建立了测功机电模拟模型。采用电模拟阻力加载装置,不仅省去了繁琐的惯性飞轮装置,简化了底盘测功机的结构,而且实现了惯性阻力的无级模拟。在系统硬件上,设计了转速转矩信号的采集电路和前端信号处理电路,提高了采集数据的准确性,保证系统的精度,并给出了励磁控制电路的设计与实现。在通讯上,设计CAN和USB互相转化的接口电路,不仅实现上下位机之间的通讯,而且还突破了传统底盘测功机上下位机通讯速率慢的瓶颈。在控制策略上,采用积分分离PID算法,实现转速、励磁电流和转矩、励磁电流的两个双闭环控制器,满足了汽车底盘测功机不同运行状况的需求。在软件上,采用模块化编程的思想,从而增强了程序的可移植性和灵活性。最后,构建了实验平台,对系统进行了实验研究,实验结果表明:系统能满足汽车性能测试的要求。
上传时间: 2013-06-12
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蓄电池组已越来越广泛地应用于交通运输、电力、通信等诸多领域和部门,其寿命直接关系到能源的有效利用以及相应系统的整体寿命、可靠性和成本。本课题从提高电池寿命的角度研究串联蓄电池组的充电问题,基于前人使用磁放大器作后级调整的基础上,提出了一种新颖的基于开关管MOSFET后级调整和高频母线的蓄电池组分布式单体充电方法。所有二次侧电路通过高频母线的形式共用一个一次侧电路;在兼顾效率、体积和成本的前提下有效的解决了串联蓄电池组的充电不均衡问题。 论文对采用双管正激拓扑的高频母线产生电路的设计给出了说明;同时也介绍了几种后级调整方法及各自优缺点。针对后级调整中的同步问题,提出了几种产生同步锯齿波的解决方案。最后利用同步脉冲产生电路,采用最常见的UC3843芯片,产生稳定可靠的同步锯齿波,实现后级调整开关动作与母线方波电压的同步。并且针对多路后级调整场合下,采取措施减小了母线电压毛刺,同时也改善了电流采样波形。 论文设计了一套单体3500mAh、3.7V锂离子电池组的单体独立充电器,以双管正激电路为原边电路作为主模块,次级是以MOSFET作后级调整电路实现充电功能作为充电电路模块。试验中采用了四个充电电路模块,同时对四个锂离子电池单体分别独立充电。充电电路模块中,通过控制MOFET开关,可实现锂电池的恒流、恒压充电和满充切断,充电电压和充电电流可精确控制在1%以内。该充电电路并能显示电池充电状态,并在单体充电电路间传递充电状态信号,最后反馈给母线电路以控制母线电压输出的开通与关断。特别指出的是该电路的过放电检测功能,是直接利用电池自身电压来检测得出电池自身是否处于过放电状态判定信号,并在充电模块间传递,最后得出蓄电池组过放电判定信号。整机有较低的待机功耗,并均使用了低成本器件,进一步降低了成本。 论文给出了详细的设计过程,最后通过实验将该方案与串联充电方案比较,验证了该充电方案的可靠性与优越性。
上传时间: 2013-04-24
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异步电动机直接转矩控制技术是近年来发展起来的一种新型、高性能交流调速技术。它利用电压源型逆变器的工作过程,控制定子磁链的走或停,即调整定子磁链与转子磁链的夹角大小,从而对电机转矩进行直接控制以获得良好的动态性能。 论文首先探讨了直接转矩控制技术的现状和发展趋势,阐述了直接转矩控制的基本原理,分析了常用的圆形磁链轨迹控制方法,详细介绍了直接转矩控制系统主要模块的设计和实现。在分析交流异步电机动态数学模型、转矩和磁链计算方程的基础上,分析了直接转矩控制的异步电动机在低速运行时存在转矩脉动和转速波动较大的问题。基于占空比控制和离散占空比控制的异步电动机直接转矩控制方法,由电机电磁转矩公式和合成电压矢量理论推导了直接计算占空比的方法,在不影响系统各方面性能指标的情况下使降低转矩脉动的计算量大大减少,方便了计算和使用。两种方法均具有系统结构简单、占空比计算量小等优点。研究结果验证了这两种方法的正确性和有效性。在第一种方法中加入了单神经元控制器,使系统的动静态性能得到了提高。接着对利用空间电压矢量调制的直接转矩控制系统进行了研究。仿真结果表明此种方法能够有效的降低转矩脉动,使系统性能得到提高。 以TMS320F2812DSP为CPU搭建了直接转矩控制硬件实验平台,调试了硬件电路。编写了相关软件流程图和程序清单。
上传时间: 2013-04-24
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开关损耗及其带来的散热问题限制了变流器开关频率的提高,从而限制了变流器的小型化和轻量化。软开关技术能够有效的降低开关损耗,提高变流器的效率和开关频率,被广泛的应用在各种大功率开关电源场合。 本文首先对软开关技术进行了一个概述,介绍了软开关技术的工作原理及发展历史,特别提到了最新的控制型软开关技术。在第二章中,针对课题,着重讲述了全桥电路。作为对比,首先分析了全桥硬开关电路的工作原理和开关损耗。然后,分析了全桥软开关两种常见的实现方法:ZVS和ZVZCS,并针对几种常见拓扑,详细对比了它们的工作原理,软开关实现方法,软开关实现效果,软开关实现范围和总体效率,指出了它们的优缺点和各自适合的应用领域。在第三章中,首先介绍了全桥软开关的两种控制策略:移相全桥和有限双极性,从实现方法和对软开关效果的影响两个方面,做出比较。然后介绍了开关电源常见的三种控制方式:电压模式控制、峰值电流模式和平均电流模式控制,其中详细介绍了平均电流模式控制,给出了设计思想和步骤。最后,给出了全桥软开关电路的小信号模型,分析了软开关技术的引入对传统PWM硬开关全桥电路小信号模型的影响。第四章给出了5kW电力操作电源的具体设计步骤,如方案选择,磁设计、控制环路设计、副边整流电压尖峰吸收等关键步骤。第五章分析了实验波形和实验数据,验证了上述理论和设计的正确性。
上传时间: 2013-05-22
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超声波电源广泛应用于超声波加工、诊断、清洗等领域,其负载超声波换能器是一种将超音频的电能转变为机械振动的器件。由于超声换能器是一种容性负载,因此换能器与发生器之间需要进行阻抗匹配才能工作在最佳状态。串联匹配能够有效滤除开关型电源输出方波存在的高次谐波成分,因此应用较为广泛。但是环境温度或元件老化等原因会导致换能器的谐振频率发生漂移,使谐振系统失谐。传统的解决办法就是频率跟踪,但是频率跟踪只能保证系统整体电压电流同频同相,由于工作频率改变了而匹配电感不变,此时换能器内部动态支路工作在非谐振状态,导致换能器功率损耗和发热,致使输出能量大幅度下降甚至停振,在实际应用中受到限制。所以,在跟踪谐振点调节逆变器开关频率的同时应改变匹配电感才能使谐振系统工作在最高效能状态。针对按固定谐振点匹配超声波换能器电感参数存在的缺点,本文应用耦合振荡法对换能器的匹配电感和耦合频率之间的关系建立数学模型,证实了匹配电感随谐振频率变化的规律。给出利用这一模型与耦合工作频率之间的关系动态选择换能器匹配电感的方法。经过分析比较,选择了基于磁通控制原理的可控电抗器作为匹配电感,通过改变电抗控制度调节电抗值。并给出了实现这一方案的电路原理和控制方法。最后本文以DSP TMS320F2812为核心设计出实现这一原理的超声波逆变电源。实验结果表明基于磁通控制的可控电抗器可以实现电抗值随电抗控制度线性无级可调,由于该电抗器输出正弦波,理论上没有谐波污染。具体采用复合控制策略,稳态时,换能器工作在DPLL锁定频率上;动态时,逐步修改匹配电抗大小,搜索输出电流的最大值,再结合DPLL锁定该频率。配合PS-PWM可实现功率连续可调。该超声波换能系统能够有效的跟随最大电流输出频率,即使频率发生漂移系统仍能保持工作在最佳状态,具有实际应用价值。
上传时间: 2013-04-24
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集散控制系统(Distributing Control System,缩写DCS)是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术等实现对分散控制系统的调节、监视的控制技术。DCS具有功能分散,故障分散的优点,适合于上位机对多个下位机的管理和监控。本文将DCS技术应用到中央空调上,设计了中央空调的温度模糊集散控制系统。 本系统在整体结构上采用集散控制的方案。一台控制计算机(上位机)对各个空调房间的风机和水泵进行集中管理,若干台下位机下放分散到现场实现分布式控制,上位机和各个下位机之间用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。 在控制策略上,针对被控量温度的大惯性、时变性的特点,本文设计了温度的二维模糊控制策略,该策略是基于专家和有经验的操作人员的经验进行调控的智能控制系统。模糊控制是以查询模糊控制规则表的形式实现,模糊控制表可以随着人们的经验和知识的增长日益完善。 根据总体方案,设计下位机即开关磁阻电机(SRM)控制节点和信号采集节点的软、硬件。主要工作包括SRM的就地和远程两种控制方式的实现、模/数和数/模转换器的控制、模拟电压的采集、温度传感器的选型、CAN网络通信的硬、软件,以及下位机的主程序的设计和调试等。 完成上述工作后,采用温度开环和闭环分别进行了试验。通过实验证明,所设计方案的可行性。最后对中央空调温度控制系统的运行性能进行了总结,对下一步用于该系统的研究与开发具有一定的参考价值。
上传时间: 2013-04-24
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随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出,纯电动汽车以其零排放,噪声低等优点越来越受到世界各国的重视,被称作绿色环保车。作为发展电动车的关键技术之一的电池管理系统(BMS),是电动车产业化的关键。本课题配合“基于开关磁阻电机的电动汽车的研制”,研制适用于纯电动汽车的电池管理系统。 电池管理系统直接检测及管理电动汽车的储能电池运行的全过程,包括电池基本信息测量、电量估计、单体电池间的均衡、电池故障诊断几个方面。 本论文主要工作是研制适用于纯电动汽车的蓄电池管理系统。研究铅酸蓄电池二阶模型的建立与剩余容量的卡尔曼滤波估算方法。分析铅酸蓄电池的基本工作原理和影响蓄电池组剩余容量SOC(state of charge)的主要因素。 介绍了基于DSP2407的蓄电池组控制器的硬件平台,完成DSP小系统、电池数据采集电路、信号调理电路、CAN总线相关电路等硬件电路设计、调试、完善。独立完成系统所有软件设计,包括:主程序设计,电池基本信息检测子程序设计,电池剩余电量卡尔曼滤波估算程序设计,电池状态检测子程序设计,CAN收发子程序设计,EEPROM读写子程序设计。 最后,在电动汽车上搭建实验平台,将铅酸蓄电池组与设计的软硬件系统联合进行调试、试验。测得了相关数据。试验结果表明,本文介绍的电池管理系统硬件电路可靠、经济、抗干扰能力强。可以实现:电池电压、电流、温度的模拟量采集;剩余电量的计算和电池状态的判断;实时显示,故障时报警等BMS相关功能。
上传时间: 2013-06-11
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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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