近年来,多电平逆变器在高压大容量电能变换中得到广泛应用,而其控制策略和电路拓扑等已成为了研究热点。相对传统的两电平逆变器,它具有效率高动态性能好,对电动机产生的谐波少,适合高压大容量等优点。但随着电平数的增加,基本控制算法越来越复杂,同时还存在中点电压不平衡等问题。将DSP数字控制技术应用于多电平逆变器不仅简化了系统的硬件控制电路,提高了系统性能,还可以实现系统的优化控制。 本文以二极管箝位式三电平逆变器为研究对象,首先介绍了三电平逆变器的拓扑结构和工作原理,对三电平逆变器的电路方程进行了深入的分析,在开关函数的基础上建立了三电平逆变器的数学模型。在此基础上,对空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)算法进行了改进,并详细推导了该调制算法的计算公式,结合中点电位控制来确定开关矢量的作用顺序,使仿真和实现都比较容易。然后重点分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题产生的原因,提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡的电压空间矢量脉宽调制方法。最后采用MATLAB仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法和中点电位平衡控制方法进行了仿真分析,证明了该调制算法的正确性和可行性。
上传时间: 2013-05-20
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作为新一代直流输电技术,基于电压源换流器的高压直流输电凭借其独特的技术优点取得了飞速的发展,并已在新能源发电系统联网、电网非同步互联、无源系统供电、无功补偿等场合得到实际工程应用。在我国,VSC-HVDC的研究尚处于起步阶段。本论文着重开展了VSC-HVDC技术的数学建模和控制策略的研究。论文的主要工作和取得的创新性成果如下: 1.建立了系统标么值模型,分析了VSC-HVDC的运行原理和稳态功率特性。明确了系统主电路参数对运行特性的影响,在此基础上提出了一种功率定义下的换流电抗、直流电压和直流电容以及频域下的交流滤波器参数设计方法。 2.设计了一种基于无差拍控制的VSC-HVDC直接电流离散控制器。针对控制系统存在的VSC电压输出能力限制、PI控制器积分饱和现象和离散采样时间延迟问题,提出了相应的解决方法,推导了其电流内环控制器与功率外环离散控制器的设计原则。 3.推导了换流站网侧与VSC交流侧功率节点以及换流电抗与损耗电阻上的瞬时功率方程,在此基础上提出了一种换流站网侧功率节点控制并补偿换流电抗与损耗电阻消耗二倍频功率的不平衡控制策略,设计了该控制策略下的双序矢量控制器模型。同时针对传统dq软件锁相环在电压不平衡时锁相速度慢的缺点,提出了一种基于前置相序分解的频率自适应dq锁相环,提高了不平衡控制算法的动态性能与稳态特性。 4.对VSC阀在交流电网低电压故障下的过流现象进行分析并提出了一种考虑正负序分量影响的指令电流限制器,保证了故障限流效果。分析比较了VSC阀电流裕度穿越法和指令电流限制器穿越法的特性,在此基础上提出一种结合正负序指令电流限制器与控制模式切换的交流电网低电压穿越控制方法,从而解决交流电网低电压故障时系统稳定与VSC过流问题。 5.在分析现有VSC-HVDC拓扑的基础上,从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构三个方面出发,将传统直流输电中常用的变压器隔离式多模块结构引入VSC-HVDC系统,并针对该模块级联式拓扑提出一种系统协调控制与模块独立运行相结合的新型控制策略。针对该拓扑下送端站存在的各模块直流侧电容电压均衡问题,提出了一种基于有功分量调节的直流侧电压控制方法。
上传时间: 2013-06-03
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使用二极管和晶闸管实现的不控和可控整流器,电流波形畸变给电网注入大量谐波和无功功率,造成严重的电网污染。随着电力电子技术的发展,人们开始研究PWM整流技术。电压型PWM整流器具有交流侧电流低谐波、高功率因数、直流电压输出稳定等诸多优点,因此,成为当前电力电子领域研究的热点课题之一。由于PWM整流器具有以上优点,在电力系统有源滤波、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及交直流传动系统等领域,具有越来越广阔的应用前景。本论文对三相PWM整流器进行了研究,主要完成以下工作: 首先,对PWM整流器的工作原理做了介绍,给出了三相PWM整流器的拓扑结构,分析了PWM整流器的换流过程,给出了PWM整流器的数学模型,对交流侧电感和直流侧电容进行了设计。 其次,对电流滞环控制、电流PI控制、空间电压矢量控制三种控制方法分别进行了介绍、模型搭建和仿真分析。在直流电压的控制中加入分段PI控制,使超调量和稳态误差限制在很小的范围以内。在起动过程中串接入限流电阻,使起动电流限定允许范围以内。 最后,在进行了以上三种控制方式仿真后,针对电压空间矢量控制存在的电流误差问题,采用电流超前给定策略和基于旋转坐标系的空间电压矢量控制策略解决了电流误差问题。 仿真结果表明,论文所设计的三相电压型PWM整流器实现了高功率因数运行,实现了直流电压的稳定控制,解决了传统意义上的整流电路中存在谐波含量大、功率因数低等问题,具有良好的工程实用价值。
上传时间: 2013-06-16
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近年来,在电气传动领域中三电平变频器得到了广泛的应用。三电平逆变器拓扑结构的出现为高电压、大功率变频器的实现提供了一个有效的途径。研究和开发三电平大功率变频器,无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。本文围绕三电平大功率通用变频器的实用化技术进行了深入分析和研究。 论文首先介绍了三电平逆变器主电路的拓扑结构、控制要求、基本原理、特性和PWM控制策略以及调试中存在的问题和相关的解决方法。 中点电位不平衡是三电平拓扑结构的一个固有问题。针对这一问题,本论文分析了中点电压不平衡的根本原因,采用了一种基于滞环控制的电压平衡控制方法。该方法根据负载电流方向的不同组合,通过调整小矢量的冗余状态和作用时间,并充分考虑到中矢量对中点平衡的影响,动态调整两个电容器上的电压,同时,详细地分析了当参考电压矢量落到具有一种或两种冗余小矢量的小三角形区间时开关状态的选择、开关序列的顺序以及作用时间的分配。 基于载波的调制策略是三电平变频器采用的主要调制方式之一。本论文对所采用的基于载波的调制策略,作了深入分析,得出了相应的谐波特性。基于谐波总含量,对调制特性的优劣进行了比较,同时得出了不同载波调制策略输出电压谐波含量与调制度变化的对应关系,并通过实验和仿真对相关结果进行了验证。 主电路和控制电路的硬件设计将直接影响到变频器的运行性能。本论文介绍了在现场实际运行中变频器的主回路及其控制回路的硬件设计,采用理论计算与实践验证相结合的方法得出器件相关参数,并且针对变频器内外RCD缓冲电路在工作时所产生的电压不平衡作了分析,详细的给出了其缓冲吸收电路算法。 最后,把本文的部分研究结果应用于实际工业现场中,研制了690V/600kW的大功率中压变频器,给出了现场运行结果。运行结果表明该变频器输出波形良好,性能满足要求。
上传时间: 2013-08-04
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直接转矩控制技术在电力机车牵引、汽车工业以及家用电器等工业控制领域得到了广泛的应用。在运动控制系统中,直接转矩控制作为一种新型的交流调速技术,其控制思想新颖、控制结构简单、控制手段直接、转矩响应迅速,正在运动控制领域中发挥着巨大的作用。虽然直接转矩控制的优势是矢量控制所不能实现的,但是直接转矩控制依然存在一系列不能忽视的问题。直接转矩控制采用两点式转矩和磁链滞环控制器,使转矩和磁链被控制在给定值的一定范围以内,这种控制方法不可避免地带来电机输出转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定等问题。直接转矩控制采用定子磁链定向,只用便于测量的定子电阻来估计定子磁链,这样在低速运行时会带来磁链估计的误差。虽然在全速范围内估计定子磁链运用低速时采用的电流-转速模型和高速时采用的电压-电流模型的合成模型,即电压-转速模型,然而两种模型的平滑切换又是一个新的问题。直接转矩控制在基频以下调速的理论和应用已经实现,在基频以上的弱磁调速范围内的理论和应用还需要进一步的研究。 为了解决这些问题,本文针对异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型,对传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统进行了研究。在传统直接转矩控制系统中,详细讨论了定子磁链估计的三种基本模型,设计了定子磁链估计的加权模型,使电机在全速运行的范围内都能够得到准确的定子磁链。针对转矩脉动过大和逆变器开关频率不恒定的问题,本文设计了两种改进的直接转矩控制系统。在基于占空比控制的直接转矩控制系统中,通过对一个采样周期内非零电压矢量作用时间占采样周期的占空比的优化,解决了转矩脉动过大的问题;在一个采样周期内,从非零电压矢量到零电压矢量的转换只有一次,实现了开关频率的恒定。在基于滑模变结构的直接转矩控制系统中,本文设计了转矩和磁链滑模变结构控制器代替传统直接转矩控制系统中的转矩和磁链滞环控制器;运用空间矢量脉宽调制技术,实现了开关频率的恒定。本文把传统直接转矩控制系统和两种改进的直接转矩控制系统扩展到基频以上的弱磁范围内的异步电动机调速系统中,对其进行了相关研究。 为了验证上述各种控制系统的正确性和有效性,本文采用Matlab/Simulink仿真软件对其进行了仿真验证。针对传统直接转矩控制系统,对定子磁链估计的加权模型进行了仿真验证。仿真结果表明所设计的定子磁链的加权模型能够在电机运行的全速范围内准确地估计定子磁链。针对基于占空比控制的直接转矩控制系统和基于滑模变结构的直接转矩控制系统,本文分别对负载转矩有扰动和无扰动、给定转速为恒定值和不为恒定值四种情况进行了仿真验证,并分别和传统直接转矩控制系统的仿真结果进行了对比。仿真结果表明,两种改进的直接转矩控制系统均能有效的减小转矩脉动和转速的稳态误差。针对电机运行在基频以上的弱磁调速情形,本文运用三种不同的直接转矩控制方法分别进行了仿真验证。仿真结果表明,两种改进的直接转矩控制系统在弱磁调速范围内依然优于传统直接转矩控制系统,依然能够减小转矩脉动和转速的稳态误差。
上传时间: 2013-04-24
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本书主要阐述设计射频与微波功率放大器所需的理论、方法、设计技巧,以及将分析计算与计算机辅助设计相结合的优化设计方法。这些方法提高了设计效率,缩短了设计周期。本书内容覆盖非线性电路设计方法、非线性主动设备建模、阻抗匹配、功率合成器、阻抗变换器、定向耦合器、高效率的功率放大器设计、宽带功率放大器及通信系统中的功率放大器设计。 本书适合从事射频与微波动功率放大器设计的工程师、研究人员及高校相关专业的师生阅读。 作者简介 Andrei Grebennikov是M/A—COM TYCO电子部门首席理论设计工程师,他曾经任教于澳大利亚Linz大学、新加坡微电子学院、莫斯科通信和信息技术大学。他目前正在讲授研究班课程,在该班上,本书作为国际微波年会论文集。 目录 第1章 双口网络参数 1.1 传统的网络参数 1.2 散射参数 1.3 双口网络参数间转换 1.4 双口网络的互相连接 1.5 实际的双口电路 1.5.1 单元件网络 1.5.2 π形和T形网络 1.6 具有公共端口的三口网络 1.7 传输线 参考文献 第2章 非线性电路设计方法 2.1 频域分析 2.1.1 三角恒等式法 2.1.2 分段线性近似法 2.1.3 贝塞尔函数法 2.2 时域分析 2.3 NewtOn.Raphscm算法 2.4 准线性法 2.5 谐波平衡法 参考文献 第3章 非线性有源器件模型 3.1 功率MOSFET管 3.1.1 小信号等效电路 3.1.2 等效电路元件的确定 3.1.3 非线性I—V模型 3.1.4 非线性C.V模型 3.1.5 电荷守恒 3.1.6 栅一源电阻 3.1.7 温度依赖性 3.2 GaAs MESFET和HEMT管 3.2.1 小信号等效电路 3.2.2 等效电路元件的确定 3.2.3 CIJrtice平方非线性模型 3.2.4 Curtice.Ettenberg立方非线性模型 3.2.5 Materka—Kacprzak非线性模型 3.2.6 Raytheon(Statz等)非线性模型 3.2.7 rrriQuint非线性模型 3.2.8 Chalmers(Angek)v)非线性模型 3.2.9 IAF(Bemth)非线性模型 3.2.10 模型选择 3.3 BJT和HBT汀管 3.3.1 小信号等效电路 3.3.2 等效电路中元件的确定 3.3.3 本征z形电路与T形电路拓扑之间的等效互换 3.3.4 非线性双极器件模型 参考文献 第4章 阻抗匹配 4.1 主要原理 4.2 Smith圆图 4.3 集中参数的匹配 4.3.1 双极UHF功率放大器 4.3.2 M0SFET VHF高功率放大器 4.4 使用传输线匹配 4.4.1 窄带功率放大器设计 4.4.2 宽带高功率放大器设计 4.5 传输线类型 4.5.1 同轴线 4.5.2 带状线 4.5.3 微带线 4.5.4 槽线 4.5.5 共面波导 参考文献 第5章 功率合成器、阻抗变换器和定向耦合器 5.1 基本特性 5.2 三口网络 5.3 四口网络 5.4 同轴电缆变换器和合成器 5.5 wilkinson功率分配器 5.6 微波混合桥 5.7 耦合线定向耦合器 参考文献 第6章 功率放大器设计基础 6.1 主要特性 6.2 增益和稳定性 6.3 稳定电路技术 6.3.1 BJT潜在不稳定的频域 6.3.2 MOSFET潜在不稳定的频域 6.3.3 一些稳定电路的例子 6.4 线性度 6.5 基本的工作类别:A、AB、B和C类 6.6 直流偏置 6.7 推挽放大器 6.8 RF和微波功率放大器的实际外形 参考文献 第7章 高效率功率放大器设计 7.1 B类过激励 7.2 F类电路设计 7.3 逆F类 7.4 具有并联电容的E类 7.5 具有并联电路的E类 7.6 具有传输线的E类 7.7 宽带E类电路设计 7.8 实际的高效率RF和微波功率放大器 参考文献 第8章 宽带功率放大器 8.1 Bode—Fan0准则 8.2 具有集中元件的匹配网络 8.3 使用混合集中和分布元件的匹配网络 8.4 具有传输线的匹配网络 8.5 有耗匹配网络 8.6 实际设计一瞥 参考文献 第9章 通信系统中的功率放大器设计 9.1 Kahn包络分离和恢复技术 9.2 包络跟踪 9.3 异相功率放大器 9.4 Doherty功率放大器方案 9.5 开关模式和双途径功率放大器 9.6 前馈线性化技术 9.7 预失真线性化技术 9.8 手持机应用的单片cMOS和HBT功率放大器 参考文献
上传时间: 2013-04-24
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高频电子线路(第三版),高等教育出版社。经典教材
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上传时间: 2013-05-17
上传用户:Amos
多电平逆变器在大容量、高压场合得到了广泛的应用。在多电平逆变器的多种控制策略中,空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法具有调制比大、能够优化输出电压波形、易于数字实现、母线电压利用率高等优点,成为人们关注的热点。 本文首先对电力电子技术的发展前景和多电平逆变器控制技术的发展状况进行了综述。在分析两电平逆变器工作原理的基础上对三电平逆变器进行了研究,综合比较了三电平逆变电路三种典型拓扑结构的优缺点;介绍了二极管箝位型三电平逆变器,分析了二极管箝位型三电平逆变器相对于传统两电平逆变器的优点,体现了课题研究的重要意义。其次,本文以中点箝位式三电平逆变器的基本拓扑结构为基础,着重分析了三电平空间电压矢量调制基本原理,提出了一种将最近的三个矢量合成参考矢量的空间矢量脉宽调制算法,给出大扇区和小三角形区域判断规则以及合成参考电压矢量的相应输出作用顺序,并优化了开关矢量的作用顺序,利于实现对中点电压的控制,使算法易于实现。再次,论文分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡产生的原因,分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,提出了能够影响中点电位波动的关键矢量,并通过分配成对小矢量的作用时间实现了对中点电位的控制。最后,采用MATLAB软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法进行了仿真分析,结果证明了算法的可行性。
上传时间: 2013-08-01
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随着家用空调的普及应用,空调已日渐成为耗能大户。我国经济建设多年来高速发展,正面临能源日益紧张的问题,由于空调节能尚有空间,因此人们普遍关注空调节能技术。在家用空调的各种节能技术中,直流压缩机变频驱动是发展的主流方向。从驱动方式上看,直流压缩机可以采用方波控制或矢量控制。与方波控制相比,矢量控制的空调直流压缩机具有噪声低、振动小、效率高等特点,更加符合节能和环保的发展方向。 本文主要研究了适用于空调压缩机负载的无转子位置传感器永磁同步电机矢量控制方法。首先从电机的基本方程入手,详细推导了永磁同步电机矢量控制的数学模型。详细分析了各种电流控制策略特点,提出了采用适合直流压缩机驱动的MTPA控制方式。 其次提出了具有凸极效应的压缩机永磁同步电机的一种简化模型,得到了适用于IPMSM的滑模观测器,解决了IPMSM在αβ坐标系中应用滑模观测器困难的问题。针对压缩机运行特点,采用全维状态观测器方法,实现IPMSM反电动势的观测,根据反电动势计算出电机转子位置和转速,实现了无传感器矢量控制。本文详细分析了全维状态观测器的极点配置方法,通过将四个极点配置在相同位置,简轻了计算量,也便于实现。 第三,由于反电动势估算法在电机低转速下不能正确估算转子位置,无法正常闭环起动,本文提出了一种简单的用于直流压缩机的起动方法,实现了压缩机的可靠起动。同时在深入分析电机等效模型的基础上,给出了一种简单的电机参数测量方法,通过简单测量和计算,得到系统实现无传感器永磁同步电机矢量控制所需的电感、电阻及反电动势系数等关键参数。 最后通过MATLAB/Simulimk7.1仿真软件对基于滑模观测器和基于全维观测器的永磁同步电机矢量控制方法进行了仿真验证,设计了以TMS320F2403数字信号处理器为控制核心的直流压缩机矢量控制实验平台,并进行了大量的实验验证。仿真及实验结果证明了本文理论分析和所提方法的正确性,并已应用于实际的直流压缩机矢量控制系统。
上传时间: 2013-06-13
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各类交流电源在产品开发过程中都需要进行长时间的带载测试,以检验其电气性能。传统使用电阻、电感和电容这类无源元件作为负载的测试方法存在参数调节不方便、发热量大、耗能等诸多缺点。为克服传统测试方法的不足,本文研究了一种带能量回馈功能的交流电子负载装置,采用交直交变换结构,由具有公共直流母线的两级电压型PWM整流器组成。通过控制前级PWM整流器的输入功率因数,在其输入端模拟不同阻抗特性的负载;后级PWM整流器工作在并网逆变状态,将被测试电源发出的电能回馈至电网进行循环利用。 交流电子负载属于一种测试设备,需要实现用户交互、通讯、监控等功能,因此采用了以DSP芯片为核心的数字控制方案。本文首先探讨了数字控制技术对变换器性能的影响,重点讨论了当数字脉宽调制器精度不足时会引起输出产生极限环振荡的问题。分析了极限环振荡产生的原因,并以BUCK、BOOST和BUCK-BOOST三种基本变换器的数字控制器设计为例,推导出了为避免极限环振荡,数字脉宽调制器应满足的最小精度要求。在MATLAB中建立了数字控制器的仿真模型,设计了一台数字控制BUCK变换器实验样机,仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。 根据处理电能方式的不同,交流电子负载可分为能量消耗型和能量回馈型两大类。本文首先针对交流电源产品的功能性测试应用场合,提出了一种新的能量消耗型交流电子负载结构和相应的控制方法。然后重点介绍了能量回馈型交流电子负载的工作原理及其控制策略。分析了功率电路中主要元件参数的选取方法。其中,对工作在任意功率因数情况下的单相PWM整流器中交流滤波电感的取值作了重点讨论。在Saber软件中建立了系统的仿真模型,设计了一台以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的能量回馈型交流电子负载原理样机,仿真和实验结果验证了系统方案的可行性和正确性。最后针对交流电子负载的并网能量回馈功能,初步分析了一种基于正反馈思想的并网系统孤岛检测方法,并进行了仿真验证。
上传时间: 2013-07-29
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