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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由于传统供电系统的固有缺陷，当单台电源供电时，一旦发生故障可能导致整个系统瘫痪，造成不可估计的损失。逆变电源并联技术是提高逆变电源运行可靠性和扩大供电容量的重要手段。并联技术可以提高逆变电源的通用性和灵活性，使系统设计、安装、组合更加方便，使可靠性进一步提高。 本文主要研究逆变电源输出的数字控制技术，以及逆变电源的并联控制策略，以改善逆变电源的输出性能，提高逆变电源的可靠性，并为分布式发电系统提供最基本的单元模块。本系统采用高频逆变技术，主电路前级采用BOOST升压，后级采用半桥逆变电路，以TI公司的TMS320F2806DSP为主控核心实现了系统的控制功能。本文主要研究内容如下： 1.首先介绍了当前的适合逆变电源的控制策略，分析了这些控制策略的优缺点，介绍了当前的适用于逆变电源并联运行的控制策略，并简单介绍了它们的原理； 2.介绍了逆变电源无线并联的关键技术，依据下垂并联控制的数学模型，对并联系统的功率下垂特性、功率解耦控制思想等方面进行了详细的分析； 3.通过对当前逆变电源控制策略的分析、研究，对所选的逆变电源主电路进行数学建模，设计了逆变电源三闭环调节控制器，并通过Matlab仿真工具进行仿真，验证了该控制策略的可行性； 4.建立了单相逆变电源无线并联控制系统的MATLAB仿真模型，并通过仿真实验对其进行了验证分析，结果表明：该基于下垂法控制的无线并联方案可以使系统实现对输出有功功率、无功功率和谐波功率的良好控制； 5.采用DSP为主控芯片，设计并制作了单相无线并联型逆变电源样机，给出并联型逆变单元输出滤波电感参数选择的工程设计方法和原则，并对上述的三闭环控制策略进行了实验测试，实验结果良好。
上传时间： 2013-04-24
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随着电力电子技术的发展，对大功率、高性能的开关电源要求也越来越高。功率因数校正(PFC)技术是当前电力电子技术研究的热点问题。大多数电力电子装置通过整流器与电网接口，而传统的二极管或晶闸管整流装置会产生大量的谐波电流，对电网造成污染。许多国家和国际组织相继制定了一系列限制用电设备谐波的标准。有源功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波，因此具有广泛的应用前景。 本文首先分析了开关电源的发展现状及发展要求，详细地阐述了开关电源的基本构成和基本组态。然后研究了ZVT-Boost软开关PFC电路的基本结构、基本工作原理及软开关实现原理，在此基础上确定了主电路结构，并制定了控制系统方案。 鉴于功率要求，本文采用两级PFC电路。因此对常见的DC-DC变换器的拓扑结构、原理特性进行分析。并针对各自的变换器建立了简化模型，基于所建立的模型分析了变换器的特性，列出各变换器的优缺点及在设计开关电源时的选用原则。最后，对所设计的系统进行了仿真分析。 本文根据用户的要求研究设计了一种大功率高性能开关电源。该开关电源分为前级和后级，前级为采用BOOST结构的单相有源功率因数校正电路，后级为采用移相控制软开关技术的全桥变换器。最后研制出了实验样机，并给出了实验样机的功率因数校正电路和移相全桥软开关变换电路的实验波形。
上传时间： 2013-04-24
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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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三相逆变器作为交流供电电源的主要部分，广泛地应用于电动车、电力设备、产业设备、交通车辆等领域。逆变器的并联控制技术以其广泛的应用前景也得到越来越深入地研究。人们对逆变电源的要求越来越高，高性能、高可靠性的大功率逆变器就是当今逆变电源的发展趋势之一。提高逆变电源容量主要有两个途径，设计大功率的逆变器和采用逆变器并联技术实现电源模块化。 为此，本文以两台400kVA组合式三相逆变器为对象，采用全数字化控制方式，主要研究了大功率三相逆变器的波形控制技术和并联控制技术。本文围绕大功率组合式三相逆变器，对其主电路结构、系统的数学模型、波形控制技术以及并联系统模型、并联控制方案进行了较为详细的分析和研究。分析了适用于大功率的组合式三相逆变器结构，并给出了400kVA组合式三相逆变器的主电路设计。建立和分析了组合式三相逆变器在ABC、αβ、dq 坐标系下的数学模型。针对大功率组合式三相逆变器，采用在dq 坐标系下的三相电压闭环统一控制方案。为了使大功率三相逆变器得到较好的输出电压波形质量，采用PID 瞬时值电压反馈控制和重复控制并联结合的控制方案。分析了PID 控制器和重复控制器的原理，并针对400kVA 三相逆变器的系统性能，给出了相应数字PID 控制器和重复控制器的设计。并利用Matlab 建立了系统的仿真模型，给出了理论研究结果。提出了有效提高系统动态性能的两种方法：加负载电流前馈和动态过程中强制改变改变调制比。介绍了大功率三相逆变器的短路限流保护技术，提出了采用瞬时值限流电路和单独的软件限流环相结合的方案，保证大功率三相逆变器在短路时自动限流保护。对两台大功率三相逆变器组成的并联系统的结构、环流特性及逆变器的输出功率进行了分析。详细分析了输出阻抗特性不同时，逆变器环流和输出功率分配的差异，得出了输出阻抗对环流和功率影响的一般规律。针对大功率三相逆变器并联系统，采用基于功率误差的分散逻辑控制方案。分析了基于功率误差的分散逻辑控制原理，逆变器输出功率的检测和母线信号综合的脉宽调制原理。根据400kVA 三相逆变器并联系统的输出阻抗特性，采用了无功调节输出电压幅值和同步锁相实现相位同步的并联控制策略。 本文最后在两台400kVA组合式三相逆变器样机上得到了实验验证。实验结果进一步验证了大功率三相逆变器的波形控制和并联控制策略有效可行性。
上传时间： 2013-07-03
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本文致力于可并联运行的斩控式单相交流斩波变换器的研究。交交变换技术作为电力电子技术一个重要的领域一直得到人们的关注，但大都将目光投向AC-DC-AC两级变换上面。AC/AC直接变换具有单级变换、功率密度高、拓扑紧凑简单、并联容易等优势，并且具有较强扩展性，故而在工业加热、调光电源、异步电机启动、调速等领域具有重要应用。斩控式AC/AC 电压变换是一种基于自关断半导体开关器件及脉宽调制控制方式的新型交流调压技术。 本文对全数字化的斩控式AC/AC 变换做了系统研究，工作内容主要有：对交流斩波电路的拓扑及其PWM方式做了详细的推导，着重对不同拓扑的死区效应进行了分析，并且推导了不同负载情况对电压控制的影响。重点推导了单相Buck型变换器和Buck-Boost 变换器的拓扑模型，并将单相系统的拓扑开关模式推导到三相的情况，然后分别对单相、三相的情况进行了Matlab仿真。建立了单相Buck 型拓扑的开关周期平均意义下的大信号模型和小信号模型，指导控制器的设计。建立了适合电路工作的基于占空比前馈的电压瞬时值环、电压平均值环控制策略。在理论分析和仿真验证的基础上，建立了一台基于TMS320F2808数字信号处理器的实验样机，完成样机调试，并完成各项性能指标的测试工作。
上传时间： 2013-04-24
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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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近年来随着能源短缺和供电设备对供电电源的性能和可靠性要求的提高，逆变电源并联运行技术得到了大力发展。在逆变电源并联技术中，最重要的是如何限制模块间的环流，并使并联模块最终达到同步运行。传统方法被证明已经不能满足要求，随着DSP数字信号处理器运算速度越来越快，将DSP应用到逆变电源并联系统中已经成为一种趋势。本文在比较了国内外的并联系统控制策略的基础上，提出了将工业自动化领域热门的现场CAN总线技术引用到系统中，实现了真正的分布式控制和并联逆变电源系统的智能化，提高了实际运行中系统的可靠性。在研究和分析了单台三相逆变电源的数学模型的基础上，设计了基于SVPWM调制和电压闭环反馈控制的三相逆变电源，作为并联系统的基础。在并联运行技术的研究中，重点分析了并联系统的环流特性，电压特性和功率特性，提出了一种基于CAN总线的功率均分控制策略。仿真结果证明，这种方法对于环流的抑制和并联模块的同步运行是行之有效的。针对并联逆变电源系统，本文设计了CAN总线的接口电路和相应的通信模块，并在DSP上实现，确保了在并联运行过程中数据传输的完整性和实时性。最后在TMS320LF2407平台上，给出了逆变器控制和并联相关的硬件电路和软件流程图，并用MATLAB对本文涉及到的关键算法进行了仿真分析，给出了相应的波形。
上传时间： 2013-06-08
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高频开关电源系统具有体积小、重量轻、高效节能、输出纹波小等优点，现已开始逐步成为现代电源系统的主流。但是在传统的开关电源技术中，它通常是采用模拟电路来实现电压或电流控制的。近年来，随着数字信号处理技术的日益完善、成熟，微处理器/微控制器和数字信号处理器性价比的不断提高，数字控制在以实现复杂的控制策略，采用数字控制具有更高的稳定性、可靠性和灵活性，并本文对开关电源的常用拓扑结构、模糊控制、模糊PID控制理论、PWM产生原理进行了研究，在此基础上设计了一种新型数字化的开关电源系统。该系统以TMS320LF2407为控制核心，利用模糊PID控制，建立电压环单环控制结构，直接生成数字PWM波形，经过IR2118驱动主电路的功率开关管(MOSFET)。 本系统采用模糊PID控制策略。该控制策略既能发挥模糊控制的动态响应快、超调量小、较好的适应性的特点，又能发挥PID控制的稳态精度高的优点，能较好的适应开关电源的非线性，实时性控制的需要。整个电源系统以DSP为控制核心，用单个TMS320LF2407 DSP芯片来集中实现电源输出调压和过压过流保护等要灵活地选择不同的控制功能。 另外，本文按照高频开关电源的设计步骤，采用基于DSP的数字控制方式，最后对本开关电源主电路进行了PID控制和模糊PID控制的对比仿真研究。仿真结果表明这种控制策略具有很好的控制性能，算法实现比较简单，同时控制模块设计简单，可靠性高，是一种比较实用、易于实现的控制算法。
上传时间： 2013-07-01
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本文以感应加热电源为研究对象，阐述了感应加热电源的基本原理及其发展趋势。对感应加热电源常用的两种拓扑结构--电流型逆变器和电压型逆变器做了比较分析，并分析了感应加热电源的各种调功方式。在对比几种功率调节方式的基础上，得出在整流侧调功有利于高频感应加热电源频率和功率的提高的结论，选择了不控整流加软斩波器调功的感应加热电源作为研究对象。针对传统硬斩波调功式感应加热电源功率损耗大的缺点，采用软斩波调功方式，设计了一种零电流开关准谐振变换器ZCS-QRCs(Zero-current-switching-Quasi-resonant)倍频式串联谐振高频感应加热电源。介绍了该软斩波调功器的组成结构及其工作原理，通过仿真和实验的方法研究了该软斩波器的性能，从而得出该软斩波器非常适合大功率高频感应加热电源应用场合的结论。同时设计了功率闭环控制系统和PI功率调节器，将感应加热电源的功率控制问题转化为Buck斩波器的电压控制问题。 针对目前IGBT器件频率较低的实际情况，本文提出了一种新的逆变拓扑-通过IGBT的并联来实现倍频，从而在保证感应加热电源大功率的前提下提高了其工作频率，并在分析其工作原理的基础上进行了仿真，验证了理论分析的正确性，达到了预期的效果。另外，本文还设计了数字锁相环(DPLL)，使逆变器始终保持在功率因数近似为1的状态下工作，实现电源的高效运行。最后，分析并设计了IGBT的缓冲吸收电路。 本文第五章设计了一台150kHz、10KW的倍频式感应加热电源实验样机，其中斩波器频率为20kHz，逆变器工作频率为150kHz(每个IGBT工作频率为75kHz)，控制核心采用TI公司的TMS320F2812DSP控制芯片，简化了系统结构。实验结果表明，该倍频式感应加热电源实现了斩波器和逆变器功率器件的软开关，有效的减小了开关损耗，并实现了数字化，提高了整机效率。文章给出了整机的结构设计，直流斩波部分控制框图，逆变控制框图，驱动电路的设计和保护电路的设计。同时，给出了关键电路的仿真和实验波形。 实验证明，以上分析和电路设计都是行之有效的，在实验中取得很好的效果。
上传时间： 2013-05-20
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