本文对高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源进行了研究。文章详细分析了高性能、大容量可调AC-DC直流开关电源的工作原理,并提出了主电路和控制电路的详细设计方案。在此基础上,完成了整个系统的硬件电路设计和软件程序的编制,并对电源装置的硬件和软件进行了调试和修改。在分析原理的基础上,本文从三相桥式不控整流、全桥变换器、高频变压器、滤波电路等环节对该系统的主电路进行了阐述,同时探讨了该电源系统实现大容量的解决方案,即采用多个电源模块并联运行。本文还探讨了多个电源模块并联运行时的自动均流技术,并详细介绍了基于平均值的自动均流电路。在电压调节环节上,详细分析了基于SG1525控制芯片的PWM控制电路。本文研制的直流开关电源具有输出电压可调、输出电流大、纹波小等特点,而且还具有换档、远程控制等功能。它主要用于各种直流电机性能测试,实验结果表明它基本达到设计要求,从而验证了理论分析的正确性,具有广阔的应用前景。
上传时间: 2013-07-31
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电压源型PWM逆变器在当前的工业控制中应用越来越广泛,在其应用领域中,交流电动机的运动控制是其很重要的组成部分。在PWM逆变器的控制过程中,设置死区是为了避免逆变器的同一桥臂的两个功率开关器件发生直通短路。尽管死区时间很短,然而当开关频率很高或输出电压很低时,死区将使逆变器输出电压波形发生很大畸变,进而导致电动机的电流发生畸变,电机附加损耗增加,转矩脉动加大,最终导致系统的控制性能降低,甚至可能导致系统不稳定。为此,需要对逆变器的死区进行补偿。本文针对连续空间矢量调制提出了一种改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法;针对断续空间矢量调制提出了通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度的补偿方法,并对这两种方法进行了理论分析和仿真研究。 本文首先详细分析了死区时间对逆变器输出电压和电流的影响,以及功率开关器件寄生电容对输出电压的影响。其次对已提出的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法进行了理论分析,该方法先计算出补偿电压,再对由零电流钳位现象引起的补偿电压极性错误进行校正,极性校正的参考量为d轴补偿电压的幅值,然而补偿电压的大小随电流的变化而变化,因此该方法存在电压极性校正时参考量为变化量的缺点,而且该方法只适用于id=0的控制方式,适用性较差。针对这些问题,本文提出了改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的补偿方法,改进后的方法是先对由零电流钳位现象引起的电流极性错误进行校正,然后再计算补偿电压的大小,电流极性校正时的参考量为三相电流极性函数转化到γ-坐标系的函数sγ的幅值,sγ的幅值与补偿电压大小无关为恒定值,而且适用于任何控制方式,适应性强。再次把改进的减小零电流钳位和寄生电容影响的死区效应补偿方法应用到PMSM矢量控制系统中,采用MATLAB和Pspice两种方法进行了仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的有效性。对两种仿真结果的对比分析,表明PSpice模型能更好的模拟逆变器的非线性特性。 最后,文章分析了连续空间矢量调制和断续空间矢量调制的输出波形的区别和死区对两种波形影响的不同。针对DSP芯片TMS320LF2407A硬件产生的断续SVPWM波,提出了根据电压矢量和电流矢量的相位关系,通过改变空间矢量作用时间,来改变驱动信号脉冲宽度,对其进行死区补偿的方法。给出了基本空间矢量作用时间调整的实现方法,并建立了MATLAB仿真模型,进行仿真研究,仿真结果验证了补偿方法的正确性和有效性。
上传时间: 2013-06-04
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随着电力电子技术的迅速发展和推广应用,利用计算机仿真对电力电子电路进行分析和研究得到了日益广泛的重视。尽管目前一些仿真软件都有比较强大的功能,可以利用它们来完成某些电力电子装置的某些分析工作,但是由于器件模型的限制和电力电子装置负载的复杂性,使得这些软件并不能完成对于电力电子装置所要进行的所有分析要求,特别是当其被用于电力电子装置故障运行的仿真。针对上述问题,本论文在研究器件建模方法和装置仿真方法的基础上,运用C++语言开发了一个可专门用于电力电子装置仿真分析的程序。 本课题首先对于各种电力电子器件进行建模。在对各种元器件特性深入研究的基础上利用已知的电路原理和建模方法,抓住各具体电力电子器件的主要特征,建立其电路及逻辑仿真模型。由于本论文中研究的是电力电子装置作为一个整体的特性,所以在对器件电路模型的建模过程采用高层次的电路模型,即理想开关模型和双极性电阻模型。器件的逻辑模型则是通过皮特里网络来实现,根据仿真的目的可建立不同精细程度的逻辑模型。因为器件逻辑模型的建模过程中采取的逐步细化的原则与面向对象程序设计中自顶而下,逐步求精的思想不谋而合,所以在仿真程序中采用C++语言对所建立的器件模型进行描述。 针对电力电子装置的非线性,病态特性和其负载的复杂性,使用阶段仿真的思想进行程序设计。确定了仿真程序的总体结构,并实现了程序的模块化设计。利用通用的状态变化检测模块和兼容性检测模块在程序中确定电路结构发生变化的精确时刻,它们独立于具体的电路结构。状态方程模块和输出方程模块虽然与具体的电路结构相关,但是亦可将其设计为模块的形式,针对不同的电路结构仅需改变模块中对于状态方程和输出方程的描述。鉴于数值计算方法对于仿真结果的重要性,本论文中讨论了几种数值积分方法的特点及适用范围,并在程序用编写了几种常用的算法,以供用户选择。通过对于瓦格纳斩波器、三相全控整流桥和三相半控整流桥的仿真验证仿真程序的正确性和实用性。
上传时间: 2013-07-16
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变电站自动化系统在我国应用发展十多年来,为保障电网安全经济运行发挥了重要作用。但目前也多少存在着二次接线复杂,自动化功能独立、堆砌,缺少集成应用和协同操作,数据缺乏有效利用等问题。这些问题大多是由变电站整体数字化水平不高、缺乏能够完备实现信息标准化和设备之间互操作的变电站通信标准造成的。 电力工业发展和市场化改革的深入对供电质量和电网安全经济运行的要求不断提高,作为输配电系统的信息源和执行终端,变电站数字化、信息化的要求越发迫切,数字化变电站成为变电站自动化系统的发展方向。电子式电流/电压互感器、智能开关等智能化一次设备的诞生使建设数字化变电站成为可能,高速、可靠和开放的通信网络以及完备的通信系统标准是数字化变电站实现的保障,特别是最新颁布的变电站通信网络与系统的国际标准-IEC 61850为建设数字化变电站提供了全面规范。本文以IEC 61850和基于IEC 61850的数字化变电站通信网络为研究对象,结合新架构的全网络化数字保护平台与试验系统研制的具体实践,展开专门研究,主要内容包括: ◇ IEC 61850的理论分析①揭示了IEC 61850与数字化变电站的内在关联。 ②总结了IEC 61850的内涵,通过分析说明IEC 61850不再是简单的通信协议,更多意味的是变电站自动化系统的功能建模方法。 ③归纳了IEC 61850的主要技术特征,包括功能分层的变电站、面向对象的信息模型、功能与通信的解耦、变电站配置语言和面向对象的数据自描述等。 ④从“类”的角度入手分析了IEC 61850信息模型,指出信息模型具备了类的共性和特性。以合并单元为例,对信息模型的属性和服务进行了具体分析。 ◇ IEC 61850的应用研究①从系统和设备两个层面总结了实践IEC 61850的一般步骤。 ②分析了采样值传输(SVC)和通用变电站事件(GSE)2类重要的通信服务。 ③研究了核心ACSI、GOOSE、SMV、GSE管理、GSSE,时间及时间同步等通信模型的特殊通信服务映射。 ④讨论了信息模型实体的构建方法,即如何让设备的实际功能、运行机制和数据能够准确和完备的实现设备对应信息模型的所有细节。IEC 61850没有对实现标准的具体方法作出规定,这给各厂商在技术实现上留出了足够的自由发挥空间。但同时我们注意到若仅在“形态”层面上实践IEC 61850,而不顾及IEC 61850的内涵和应用价值,则可能无法实现IEC 61850的预定目标或使IEC 61850的有益效果大打折扣。出于如此考虑,在提出3种可能的构建方案的基础上,经过分析从中选择出作者认为最优的方案,并给出了示例。 ◇基于IEC 61850的数字化变电站通信网络(CNDS)的研究①在分析以太网介质访问控制方法的基础上,针对标准以太网存在延时不确定的问题,总结了提高以太网实时性能的主要措施,并从中选择出适用于CNDS的措施。 ②分析了CNDS的特征,特别是与同样基于以太网的一般局域网的区别,针对CNDS在网络可靠性和安全性等方面的特殊要求,提出了应对措施和解决方案。 ③提出了过程子网和全站惟一网络2种组网方案。通过分析各自的特点与实现难度,指出过程子网目前较易实现,而全站惟一网络将凭借信息高度共享等优势成为CNDS的最终形态。阐述了VLAN、由交换机实现网络冗余等组网技术在SAS中的应用方法及IED自身通信冗余的实现方法。 ④归纳了CNDS数据流的类型和到达时间规律:建立了简单数据流模型为表征数据流、研究数据流业务特征和分析CNDS性能提供了有用工具;分析了TcP协议及其运行机制,提出了TcP应用于CNDS的优化方法。 ⑤利用OPNET网络仿真技术,建立了EMAC和TCP/IP仿真节点模型,对以太网、TCP和交换式以太网的基本特征等进行了仿真研究;依据CNDS实际承载的功能,建立了过程子网和站级网络的动态仿真模型,围绕网络延时和端到端延时等网络性能指标,对不同组网方式和应用功能下的网络性能进行了考察,得出了具有普遍适用性的结论和建议,为分析解决此类问题提供了通用方法。 ◇可接入CNDS的全网络化数字保护平台与试验系统的设计与实现①阐述了一种新架构的、能够无缝接入CNDS并具有多种运行方式的全网络化数字保护平台与试验系统的软硬设计和实现方法。提出了适用于数字保护的RTOS多任务划分方法。 ②以馈线保护测控装置为例,建立了平台的IEC 61850信息模型。以此为基础,在平台内部实现了利用SMV和GOOSE报文传输采样值和开入/开出信息,即实现了遵循IEC 61850的过程层通信,为平台接入IEC 61850系统和数字化变电站做好了准备。 ③进行了保护测量功能和过程层通信试验,验证了平台的可用性和过程层通信的可靠性,为类似设计方法在间隔层IED上的应用提供了可信依据。
上传时间: 2013-05-28
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超级电容器是一种具有高能量密度的新型储能元器件,它可提供超大功率并具有超长的寿命,是一种兼备电容和电池特性的新型元件,在混合动力电动车、脉冲电源系统和应急电源等领域具有广泛的应用前景。对于大功率储能系统来说,为了满足容量和电压等级的需要,一般是由多个超级电容器串联和并联的组合方式构成。然而超级电容器在串并联使用时,单体电容器参数的分散性是制约其寿命和可靠性的主要因素。因此,为了提高储能效率,对超级电容器组合进行电压均衡管理具有十分重要的意义。 本文针对超级电容器串联使用时充电电压的均衡问题,对超级电容器组充放电均衡技术进行了研究,通过对现有均衡技术的分析和讨论,确定采用单电容均压方案,并利用DSP控制技术,设计了一个基于DSP控制的超级电容组电压均衡系统,解决超级电容器串联电压均衡问题。该系统主要由参数采集、PWM信号输出、开关网络控制等部分组成。系统以DSP为控制核心,采用了一只电解电容器作为中间电容传递能量,通过实时电压、电流及温度监测将采集到的信号,经A/D转换器后,送入DSP处理,系统根据得到的电压、电流信息判断电容的充放电状态,控制PWM信号的输出,进而驱动开关网络的切换,使能量在单体电容器之间快速传递,从而实现均压控制。最后,对该系统进行了仿真和实验研究,通过对上述数据的分析比较可以看出,采用此种方案进行均衡后,超级电容组单体的电压在充电过程中达到了较好的一致性。 本文设计的超级电容组电压均衡系统用于串联超级电容组的充放电均衡控制,既可实现静态均衡也可实现动态均衡。与其他均衡方案相比,该系统具有电压均衡速度快,均衡效果好的优点。
上传时间: 2013-04-24
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直流开关电源设计,软开关电源设计,PFC电路设计
上传时间: 2013-07-21
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由于能源危机和环境污染,世界各国均在投巨资发展电动汽车。燃料电池电动汽车成为电动汽车发展的“热点”。大功率DC/DC变换器能够改善燃料电池的输出特性,是燃料电池轿车动力系统中关键的零部件。然而它作为一种BUCK形式的开关电源,主电路是很强的电磁干扰源,产生的干扰可能通过电源线进入到控制电路板,同时控制电路部分也要用小功率的开关电源进行稳压,因此也可能产生开关噪声经电源线向外传输。因此就必须在控制电路输入端设计电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)滤波器进行传导干扰的抑制。 本论文首先讨论了DC/DC变换器的工作原理,分析了变换器产生传导干扰从而影响控制电路正常工作的原因。 其次全面、系统地阐述了EMI滤波器的相关理论,包括阻抗失配原则、人工电源网络、滤波网络、插入损耗等重要概念。接着研究了滤波元件的选取原则,并针对关键点之一—高频性能展开了分析,借助仿真观察了元件寄生参数的影响,提出了改善滤波器高频性能的部分方法。 随后介绍了滤波器的设计方法,除了介绍通用的设计方法外,着重分析了滤波器设计中的另一个关键点—噪声源阻抗的影响、测量及估算,并在此基础上系统地形成了基于源阻抗的设计方法,同时也考虑了滤波器与开关电源连接时可能出现的系统不稳定性问题,通过仿真分析提出解决方案。 然后阐述了EMI滤波器在工程应用中的各种注意事项。 最后结合DC/DC变换器控制电路的实际干扰情况,设计了EMI滤波器,使控制电路电源输入端的传导干扰基本下降到相关电磁兼容标准(CISPR25)的三级限值以下。
上传时间: 2013-06-15
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随着环境污染的恶化和能源危机问题的凸现,低污染、高节能的电动汽车的研究和应用成为当今汽车产业的发展趋势。作为电动汽车所必须的辅助设备—充电电源,其安全性、高效性及便携性是影响电动汽车广泛推广的关键因素。因此,发展高效可靠的充电电源已成为电动汽车领域的重点研究方向之一。本论文以移相全桥直流变换器为基础,系统研究了移相全桥变换器控制策略和电路拓扑中的重要问题,研制一套适用于电动汽车的充电电源。论文的主要研究工作包括: 介绍电动汽车充电电源的充电方式以及软开关全桥技术,并对蓄电池的各种充电方式进行比较。 分析了移相全桥直流变换器的基本原理,对现今的几种零电压零电流(ZVZCS)移相全桥变换的主电路拓扑比较,选择一种具有副边简单辅助电路的移相全桥作为主电路拓扑,结合所需电源的具体参数,对主电路拓扑各元件进行设计,对主电路的工作过程分析,建立了其等效电路小信号模型。利用MATLAB中的SIMULINK仿真模块对主电路进行仿真,证明了主电路参数设计的合理性。 设计了以DSP为控制核心的电源系统,实现移相全桥控制、输出电流电压调制和过流过压保护等功能,采用中断功能实现移相PWM脉冲的软件生成方法,给出了系统主程序、中断服务程序、键盘及LCD显示的程序流程图。 最后给出样机的实验结果和分析。结果表明,在任何负载下,超前臂能够较好的实现零电压开关,在小于半载的情况下,滞后臂能够较好实现零电流开关。
上传时间: 2013-05-29
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电压空间矢量脉冲宽度调制技术是一种性能优越、易于数字化实现的脉冲宽度调制方案。在常规SVPWM算法中,判定等效电压空间矢量所处扇区位置时需要进行坐标旋转和反正切三角函数的运算,计算特定电压空间矢量作用时间时需要进行正弦、余弦三角函数的运算以及过饱和情况下的归一化处理过程,同时,在整个SVPWM算法中还包含了无理数的运算,这些复杂计算不可避免地会产生大量计算误差,对高精度实时控制产生不可忽视的影响,而且这些复杂运算的计算量大,对系统的处理速度要求高,程序设计复杂,系统运行时间长,占用系统资源多。因此,从工程实际应用的角度出发,需要对常规SVPWM算法进行优化设计。 本文提出的优化SVPWM算法,只需进行普通的四则运算,计算非常简单,克服了上述常规SVPWM算法中的缺点,同时,采用交叉分配零电压空间矢量,并将零电压空间矢量的切换点置于各扇区中点的方法,达到降低三相桥式逆变电路中开关器件开关损耗的目的。SVPWM算法要求高速的数据处理能力,传统的MCU、DSP都难以满足其要求,而具有高速数据处理能力的FPGA/CPLD则可以很好的实现SVPWM的控制功能,在实时性、灵活性等方面有着MCU、DSP无法比拟的优越性。本文利用MATLAB/Simulink软件对优化的SVPWM系统原型进行建模和仿真,当仿真效果达到SVPWM系统控制要求后,在XilinxISE环境下采用硬件描述语言设计输入方法与原理图设计输入方法相结合的混合设计输入方法进行FPGA/CPLD的电路设计与输入,建立相同功能的SVPWM系统模型,然后利用ISESimulator(VHDL/Verilog)仿真器进行功能仿真和性能分析,验证了本文提出的SVPWM优化设计方案的可行性和有效性。
上传时间: 2013-06-27
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近年来,随着大规模集成电路的飞速发展,微控制器和数字信号处理器的性价比不断提高,数字控制技术已逐步应用于大中功率高频开关电源。相对于传统模拟控制方式,数字控制方式具有电源设计灵活、外围控制电路少、可采用较先进的控制算法、具有较高可靠性等优点。 高频开关电源具有体积小、重量轻、效率高、输出纹波小等特点,现已逐步成为现代通讯设备的新型基础电源系统。针对传统开关电源中损耗较大、超调量较大、动态性能较差等问题,本文采用基于DSP的全桥软开关拓扑结构。全桥软开关移相控制技术由智能DSP系统完成,采样信号采用差分传输,控制算法采用模糊自适应PID算法,产生数字PWM波配合驱动电路控制全桥开关的通断。在输入端应用平均电流控制法的有源功率因数校正,使输入电流跟随输入电压的波形,从而使功率因数接近1。最后通过Matlab仿真结果表明模糊自适应PID控制算法比传统PID控制算法在超调量,调节时间,动态特性等性能上具有优越性。 论文以高频开关电源的设计为主线,在详细分析各部分电路原理的基础上,进行系统的主电路设计、辅助电路设计、控制电路设计、仿真研究、软件实现。重点介绍了高频变压器的设计及模糊自适应PID控制器的实现。并将辅助电源及控制电路制成电路板,以及在此电路板基础上进行各波形分析并进行相关实验。
上传时间: 2013-04-24
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