近几十年来,由于大功率电力电子装置的广泛应用,使公用电网受到谐波电流和谐波电压的污染日益严重,功率因数低,电能利用率低。为了抑制电网的谐波,提高功率因数,人们通常采用无功补偿、有源、无源滤波器等对电网环境进行改善。近年来,功率因数校正技术作为抑制谐波电流,提高功率因数的行之有效的方法,备受人们的关注。 本文在参阅国内外大量文献的基础上,综述了近年来国内外功率因数校正的发展状况,简要分析了无源功率因数与有源功率因数的优、缺点,并详细分析了有源功率因数校正的基本原理和控制方法。在通过对主电路拓扑与控制方法的优、缺点比较后,选择BOOST变换器作为主电路拓扑,采用基于平均电流控制的UC3854控制器,设计了容量为300W的两级有源功率因数校正电路的前一级电路,计算了主电路与控制电路的元件参数。根据此参数,基于MATLAB环境下对功率因数校正前、后的电路进行了仿真,通过仿真波形的分析。最后搭建实验电路进行实验,采集实验波形,对实验结果进行分析,进-步验证了本设计参数的正确性与准确性。 本文功率因数校正电路的设计,使电路的功率因数得到了明显的改善,达到了设计要求,同时电路的总谐波畸变因数控制在了一定的范围,减少了对电网的污染。并且电路的输出电压稳定,为后一级的电路设计奠定了基础。
上传时间： 2013-05-22
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无功功率是影响电压稳定的一个重要因素,它关系到整个电力系统能否安全稳定的运行。由于工业企业存在大量低功率因数、冲击性负载,导致大量无功的产生；同时,随着电力电子技术的发展,在工业领域内大功率的电力电子设备得到广泛运用,然而,由于电力电子设备的非线性特性,运行时又会产生大量谐波,因此,如何将无功补偿与谐波抑制同时进行考虑,是未来无功补偿技术领域的重要研究课题之一。 本文介绍了功率理论的发展,以及常用的无功补偿方式的原理和特点,同时重点介绍了瞬时无功功率理论以及以此为基础的TSC无功补偿控制器。在硬件方面,本文设计了基于LF2407ADSP芯片的TSC控制器、控制器外围电路及主电路三大模块。在软件方面,本文包括数据采集软件、控制投切算法、触发控制软件三部分。其中着重介绍了无冲击电流投入电容的设计思路,得出了一个好的电路。 软件仿真和样机实测结果表明,这种TSC装置在提供动态无功功率补偿和减小冲击涌流方面具有优良的性能。
上传时间： 2013-04-24
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在能源枯竭及环境污染问题日益严重的今天，光伏发电是未来可再生能源应用的一种重要方法。本文以光伏逆变技术为研究对象，对光伏系统最大功率点跟踪方法、光伏智能充电控制策略、光伏并网系统拓扑结构与控制方法、光伏并网与有源滤波统一控制方法等问题进行了深入研究。 在扰动观测法的基础上，提出了一种直接电流控制最大功率点跟踪方法，通过检测变换器输出电流进行最大功率点跟踪控制，简化控制算法，同时省去了扰动观测法中的电压和电流传感器，降低系统成本。 研究了一种实用的光伏系统蓄电池充电控制策略，将最大功率点跟踪与智能充电控制有机结合在一起，充分利用光伏电池的输出功率，缩短充电时间，提高充电效率；研究了一种全数字式逆变器，通过电压有效值外环和瞬时值内环的双闭环控制，既能保证系统输出电压的稳态精度，又能保证瞬变负载条件下的动态特性。研制了一套3kW光伏独立发电系统并进行了实验验证。 针对住宅型光伏并网逆变器体积小、性能价格比高的要求，研究了一种基于导抗变换器的并网逆变器拓扑结构，相比于传统电流型逆变器，本拓扑省去了笨重的电抗器，同时利用高频变压器进行能量传递和电气隔离，进一步降低了系统损耗和体积，降低系统成本。 经研究发现，由于导抗变换器的固有特性，采用传统的SPWM调制方法将导致并网逆变器输出平顶饱和的非正弦电流，造成对电网的谐波污染，提出了一种新型改进调制模式。该方法可以实现高功率因数、低谐波并网发电。根据上述理论分析，研制了一台3kW单相光伏并网逆变器，实验结果验证了理论分析的正确性。 研究了一种三相电流型并网逆变器拓扑结构及其控制方法，采用改进调制模式对其进行控制，在谐波抑制方面取得了满意的效果。提出的三相并网逆变方案，相比于传统三相并网逆变器，具有如下显著优点：系统中任意一相都是一个独立的子系统，不受其它相影响，即使在某一相或某两相损坏的情况下，剩余相也能正常运行，增加了系统的冗余性；在三相电网不平衡情况下，本方法也能提供稳定的三相电流，增加系统抗电网波动能力。初看起来本方案使用的导抗变换器和变压器有3套，但是每相承受的功率容量只有系统总功率的三分之一，这样可以选用较小容量的器件，有利于高频电感和变压器的制作和生产。提出了一种基于导抗变换器的三相电流型逆变器实现方案，利用导抗变换器将输入直流电压变换为高频正弦电流，经高频变压器隔离及电流等级变换后进行裂相调制，输出为三相正弦电流。该方法不仅省去了传统电流型逆变器直流侧电抗器，而且采用高频变换进行功率传输，减小了隔离变压器及输出滤波器的体积，有利于装置的小型化和降低成本。 针对光伏电池输出电压较低的问题，研究了一种单级式三相升压型并网逆变器，通过一级变换同时实现升压和DC/AC变换功能，并且提出了一种基于DSP芯片的控制策略，本方法仅用一个电压传感器就能替代原先的三个电压传感器：每个载波周期短路相只进行一次开关动作，同时任何时刻只有2个开关管导通，可有效降低系统的开关损耗和导通损耗；由于采用DSP控制，具有控制灵活、稳定性高、成本低、并网电能质量好，便于功率调节等优点。 提出了一种光伏并网与有源滤波兼用的统一控制策略，在同一套装置上既实现光伏并网发电，又实现谐波补偿，克服目前的光伏发电装置白天发电、夜间停机的不足，提高系统利用率。详细分析了无功电流和谐波电流的检测方法、光伏并网发电有功指令电流的生成方法及电流环控制器和电压环控制器的设计方法，并对光伏并网发电与有源滤波统一控制模式和单一有源滤波模式进行了讨论，仿真和实验结果验证了所提出的系统结构及控制策略的正确性和可行性。
上传时间： 2013-04-24
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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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近年来在运动控制领域三电平中压变频器的开发研究得到了广泛关注，三电平逆变器使得电压型逆变器的大容量化、高性能化成为可能，研究和开发三电平逆变器，无论在技术上还是在实际应用上都有十分重要的意义。 本文首先论述了三电平逆变器的原理，详细分析了一种控制策略—空间电压矢量法，给出PWM波的计算公式和开关动作次序，并仿真出波形。 其次阐述了三电平逆变器的主电路构成、功率器件MOSFET的驱动技术和基于DSP2407A控制系统硬件电路设计，并据此设计出了一套小容量三电平逆交器实验装置。 最后介绍了三电平空间电压矢量控制算法的实现和软件设计，给出了实验装置的运行结果，并分析了设计中存在的问题。
上传时间： 2013-04-24
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大功率电力电子装置的广泛应用使电力系统无功功率补偿和谐波污染问题日趋严重，动态无功功率补偿和谐波抑制成为现代电力传动领域研究的热点。传统补偿技术由于主控制器运算能力的限制，难以对实时信号进行有效分析，影响了补偿效果。而DSP计算速度快，能够实现复杂的数字信号处理或数字实时控制。本文针对矿井直流提升机的无功补偿问题，设计了一种基于DSP的TCR型动态无功补偿器，以稳定电网电压、减小电压波动，提高功率因数。 本文综述了无功补偿技术的国内外研究概况、水平和发展趋势，基于 MATLAB 对电力电子装置谐波源进行了谐波分析与仿真，分析和介绍了 TCR 的无功补偿原理及瞬时无功理论，确定了无功补偿系统主电路及其控制系统，提出了系统的总体方案。 本设计选用 TMS320F2812 DSP 芯片作为主处理器，设计了信号输入、滤波放大和信号调理等 DSP 外围硬件电路；软件方面采用模块化设计，编写了软件流程图，给出了部分程序代码。 本文基于MATLAB软件对无功补偿控制系统的补偿效果进行了模拟仿真。仿真结果表明：系统线电压、负载无功功率和TCR无功功率等在两个周期内达到稳定，系统线电压波动小于3％，系统线电压和系统线电流中仅含有较少量的5次、7次和 11 次谐波，总谐波畸变率满足《公用电网谐波》标准的要求，为在煤矿中的实际应用提供了理论基础。
上传时间： 2013-07-24
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作为一个自然不稳定系统，倒立摆一直被用作实时控制系统实验的控制设备。通过对它的研究不仅可以解决控制中的理论问题，还能将控制理论涉及的三个主要基础学科：力学、数学和电学(包含计算机)进行有机的综合应用。此外，在近代机械控制系统中，如航空航天上直升飞机、火箭发射、卫星发射及生活中的做体操、花样滑冰、单轮骑车等等，都存在类似于倒立摆的稳定控制问题。因此实现倒立摆系统稳定控制的研究对实际工程和现实生活有非常重要的意义。 本论文的主要目标是设计和建造一个基于数字信号处理器(DSP)的计算机控制系统来控制倒立摆的平衡。论文中用到的控制理论主要是线性控制理论和反馈控制理论。 本文首先对倒立摆的背景和研究现状作了总体介绍，简要的阐述了常见的控制算法。随后详细介绍了利用牛顿第二定律及相关的动力学原理建立一级和二级倒立摆的数学模型，并用MAILAB对倒立摆的运动特性进行了仿真。然后研究倒立摆系统的各种控制策略，比较了各种控制方法的效果。 本论文还设计了基于DSP的计算机控制系统。详细介绍了DSP硬件电路设计和外围电路设计，用C和汇编语言编写了系统的控制程序。 最后，对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。 整个论文的完成以一定的理论为基础，既有数学模型的分析与推导，方法理论的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型。本文所完成的工作，既可以作为现代控制理论的教学实验，对于具有类似模型的其他装置如两足机器人的研究也有一定的借鉴作用。
上传时间： 2013-04-24
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本论文针对6kV/400kW三相异步电动机的中压变频器试验装置，从分析目前中压变频器常用的主回路拓扑入手，详细阐述并分析了本文研究的单元串联型中压变频器控制系统。 本文首先从理论上分析了多单元串联型中压变频器脉宽控制原理。然后，把一种高性能的V/f控制方案引入中压变频器控制系统。通过矢量补偿定子压降，进行转差补偿和对电机电流进行限制控制，实现了具有很好的低频性能并具有防“跳闸”等功能的V/f控制方案。 同时，本文将Siemens公司通用变频器的时隙、连接纸的概念运用到中压变频器控制领域。增加了系统的可变性，自由性和方便性。设计了具有系统组态功能的模块化软件，其中着重对控制软件中的几个重要功能进行了分析讨论。这些重要功能模块有：控制字和状态字、顺序控制、V/f曲线、给定积分器、基于电压补偿的输出自动稳压算法、通讯功能等。 中压变频器在实验室设计为6kV/22kW试验系统，实际设计为6kV/400kW的变频系统装置。本文给出了实验室调试结果及分析。实验结果表明，该中压变频器能够安全、稳定地运行。
上传时间： 2013-04-24
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工业领域中需要大量的AC/DC整流电源。随着现代电力电子技术的不断发展，人们曰益意识到低功率因数整流系统造成了谐波污染和电网公害。因此消除电网谐波污染，提高功率因数，成为整流系统的发展趋势。由于中大功率的电力电子设备在电网中占很大的比重，因此高功率因数的三相整流器的研究已成为当今国内外研究的一大热点。 随着数字控制技术的不断发展，越来越多的控制策略通过数字信号处理器(DSP)得以实现。数字控制的特有优点：简化硬件电路，克服了模拟电路中参数温度漂移的问题，控制灵活且易实现先进控制等，使得所设计的电源产品不仅性能可靠，且易于大批量生产，从而降低了开发周期。因此，数字化控制电源已成为当今于开关电源产品设计的潮流。 本文首先给出了几种常见的三相功率因数校正方案，并对其进行了比较和分析，在前面的基础上提出了：三相三开关三电平拓扑结构和双闭环控制的策略结合的三相PFC系统。紧接着介绍了DSP芯片的特点及其在电力电子装置中的应用，首先介绍目前DSP芯片的发展，通过比较选定了TI公司的TMSLF2407芯片作为本文的处理芯片，而后基于对TMSLF2407芯片的内部资源和该芯片数字式PWM信号产生的原基于DSP的三相有源功率因数校正研究与设计理的分析，提出了三相PFC的数字化解决方案。在第四章中介绍了基于DSP数字控制的PFC的总体设计方案，电路所采用的是基于平均电流方案的双闭环控制策略。内环通过瞬时值控制获得快速的动态性能，保证输出畸变率较低，外环使用输出电压的瞬时值控制，具有较高的输出精度。本文最后应用仿真软件MATLAB中的SIMULINK对系统进行仿真，验证控制策略的可行性，并有助于系统主电路和控制电路的设计。对于三相变换器这种复杂的非线性系统，需要模拟、数字信号混合仿真，仿真比较难以实现。一是因为模型难以建立二是即使建立起一个模型，由于电路复杂，仿真软件也未必能保证其收敛性。所以经过简化，利用MATLAB中的SIMULINK构建了变换器的电压模型，用于验证设计方法和设计参数的正确性。
上传时间： 2013-05-31
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不间断电源(UPS)是一种能提供优质电源并保证电源供应连续的电力电子装置。它的应用范围广泛，在很多领域，UPS已经成了标准配置。采用数字信号处理器(DSP)实现UPS的数字化控制是当前许多UPS设计者关注的问题。DSP在UPS中的应用主要集中在两个方面：一是将各种先进的控制方法用于逆变实时数字控制；二是利用DSP实现更准确更迅速的锁相环控制。 本文分析了当前逆变控制的各种方案，针对逆变的扰动及谐波周期出现的特点，采用了重复控制来提高逆变输出的稳态特性。因为重复控制具有一个周期延迟控制的特点，本文也采用了PID控制来改善逆变控制的动态性能。本文分析了目前重复控制的常用方案，在建立UPS逆变滤波电路数学模型的基础上设计了新的重复控制和PID控制结合的方案。对重复控制与PID复合控制方案在MATLAB中作了仿真。仿真试验证明了控制方案的有效性。 在硬件方面，设计了在线式UPS系统中DSP的接口电路，其中包括DSP供电电路，蓄电池电压过低检测电路，市电及输出电压过零检测等电路。对DSP的资源进行了分配，充分利用了DSP的外设多和速度快的特点。 在软件方面，设计了各部分的程序，其中包括主程序，软件锁相及正弦参考信号生成程序，输出有效值控制程序以及各种相关的中断及保护程序。 本文结合实际，搭建了实验线路，给出了实验线路的原理及各部分的实验电路。该实验电路可对逆变控制过程和锁相环节进行控制实验。 本文将PID控制与重复控制相结合，对逆变器输出进行控制，验证了重复控制与PID复合控制的有效性。本文还对UPS的DSP数字化控制作了研究，这些都对UPS技术的进步有积极的作用。
上传时间： 2013-05-17
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