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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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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变频器在各行各业中的各种设备上迅速普及应用，已成为当今节电、改造传统工业、改善工艺流程、提高生产过程自动化水平、提高产品质量以及推动技术进步的主要手段之一，是国民经济和生活中普遍需要的新技术。但是现有变频器的调制算法尚存在一些缺点，如开关损耗大和共模电流大等，因此有必要研究和设计高性能调制算法的变频控制器。鉴于此，开展了以下工业变频器高性能调制算法为对象的研究内容： 在阐述了工业变频器系统的结构、调制算法、调速算法的基础上，结合数学模型，分析了共模电压产生的原理、共模电流其影响和危害，给出了共模电压和共模电流的关系。总结其他的抑制共模电压的方案基础上，提出一种新的共模电压抑制SVPWM；还阐述了死区产生的原因及其影响，以及死区补偿的原理并将上述两个调制算法利用MATLAB/SIMULINK软件对该系统给予了全面的仿真分析。 变频器硬件部分设计包括整流滤波电路、逆变器功率电路、上电保护电路、DSP控制系统及其外围电路、IGBT驱动及保护电路以及反激式开关电源，对于传感器检测滤波电路的具体电路参数设计，是在PSPICE上仿真基础上得出。并在考虑成本、EMC、效率等因素后考虑完成了所有硬件相关的原理图绘制和PCB绘制； 变频器软件部分设计包括主程序、键盘扫描程序、系统状态处理程序、PWM发送中断程序、电机启动函数、电压调整程序、AD采样中断程序以及故障保护中断程序。在实现一般SVPWM的基础上，根据之前理论和仿真得到的共模电压抑制SVPWM、以及死区补偿算法，将这两个对SVPWM进行改进的调制算法在硬件平台上实现。 在硬件电路完成设计的各个阶段，逐渐编制相应的控制程序，并进行调试，并完成整个程序的编制和调试。此外，还调试了系统所需的反激式开关电源。整个系统调试中遇到了很多问题，如键盘消除抖动问题、共模电压抑制SVPWM出现的直通现象等。最终完成了工业变频器样机，并且采用的是文章中研究的调制算法，效果良好，达到设计的目的； 提出了一种将有源功率因数校正(PFC)技术引用到串级调速中来提高定子侧功率因数的新方法。通过建立电动机折算到转子侧的等值电路，重点分析了有源PFC技术代替传统串级调速系统中的不控整流桥后，系统可以等效为转子串电阻调速。得到了等效串电阻的计算公式和变化趋势，对电动机功率因数、电磁转矩脉动也进行了分析，发现能够比传统串级调速时有所提升。鉴于电动机转子侧电势频率非常低，分析了有源PFC的具体实现的特殊考虑和参数选取方法，并基于对称平衡的Scott变压器和两个单相有源PFC电路实现了绕线电动机转子侧的三相有源低频PFC，得到超低纹波的直流输出电压。利用MATLAB建立了完整的仿真平台，所得结果验证了理论分析的正确性。
上传时间： 2013-07-09
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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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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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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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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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光伏发电是集开发可再生能源、改善生态环境于一体的重大课题，有巨大的经济、社会效益和学术研究价值。 本文首先介绍了3kW光伏并网逆变器系统的组成和结构。3kW光伏并网逆变器采用两级式结构，主电路由前级Boost变换器和后级的单相逆变桥组成。控制部分以DSP(DSP56F803)为核心，实现了光伏阵列最大功率点的跟踪控制，以及产生与电网压同频同相的正弦电流，实现并网的功能。本文重点对逆变器系统的最大功率点跟踪(MPPT)控制进行研究。 针对基于外特性建立的光伏阵列模型虽然简单、参数易解，但精度低的问题，本文建立了基于物理特性的光伏阵列模型，并考虑光照强度、环境温度对光伏阵列的影响，模型参数与实际参数严格对应。将几种最大功率点跟踪算法应用于所建立的光伏阵列模型使用MATLAB进行仿真，分析仿真结果，比较各种算法的优缺点，总结出每种算法所适用的环境，并给出了最大功率点跟踪控制在并网逆变器系统的实现策略。 设计了适用于额定功率为100W的光伏阵列最大功率点跟踪的Boost电路，分别给出了利用PIC单片机16F873实现扰动观察法和增量电导法的程序流程图，实现了这两种算法控制下光伏阵列的最大功率点跟踪，并分析了两种算法的跟踪性能。
上传时间： 2013-04-24
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随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本文以实际项目为背景，详细地分析了30kVA三相光伏并网逆变电源的研制过程。论文的主要工作如下： 首先，概述了光伏发电的意义以及我国光伏产业的发展现状及前景；介绍了本课题的来源及其主要研究的内容；分析了三相逆变器的数学模型；总结了三相逆变器的各种抗三相不平衡的拓扑结构，从中选择了三相四桥臂作为逆变电源的主电路结构；对四桥臂的各种抗三相不平衡控制策略进行了比较，具体分析了二维空间矢量法的原理，考虑到实际的软硬件条件的限制，对该方法提出了进一步简化应用的方案。 接着，根据项目指标，研制了30kVA三相光伏逆变电源样机的主电路；采用了独立运行时为LC结构，并网运行时为LCL结构的滤波模式，并总结了滤波器参数设计的步骤，给出了滤波器的相关参数；独立地设计和研制了以TMS320F2812芯片为核心的主控板，以及液晶显示、保护、采样、锁相等控制电路，并总结了印制电路板设计中需要注意的事项。 随后，介绍了DSP的编程环境：详细地分析了显示键盘程序、七段式的电压空间矢量PWM程序以及相关的主程序和中断程序并给出了流程图；总结了编程注意事项；构思了光伏逆变电源并网运行的整个过程；具体地说明了锁相环和捕获单元的应用方法；概述了孤岛效应的产生与防治。 最后，设计了独立运行时的MATLAB仿真试验，在闭环中采用了最大误差控制法，取得了良好的仿真效果，并在此基础上，进行了30kVA三相光伏并网逆变电源样机的安装，顺利完成了独立运行的调试，并给出了实验波形。
上传时间： 2013-07-02
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高压直流电源广泛应用于医用X射线机，工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差，这些缺点限制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点，已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进行研究，对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论，提出实现方案。 高压变压器由于匝比很大，呈现出较大的寄生参数，如漏感和分布电容，若直接应用在PWM变换器中，漏感的存在会产生较高的电压尖峰，损坏功率器件，分布电容的存在会使变换器有较大的环流，降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑，它可以利用高压变压器中漏感和分布电容作为谐振元件，减少了元件的数量，从而减小了变换器的体积。 LCC谐振变换器采用变频控制策略，可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM)，本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对CCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，用基波近似法推导出变换器的稳态模型，给出一种详尽的设计方法，可以保证所有开关管在全负载范围内实现零电压开关，减小电流应力和开关频率的变化范围，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为41kV，功率为23kW的高频高压电源，实验结果验证了分析与设计的正确性。 针对DCM下的LCC谐振变换器，本文分析其工作原理，该变换器可以实现零电流开关，有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态方程推导出变换器的电压传输比特性，在此基础上对主电路参数进行设计，并进行仿真验证。基于该变换器，研制出输出电压为66kV，功率为72kW的高频高压电源，实验结果表明了方案的可行性。
上传时间： 2013-04-24
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