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單相電壓型pwm整流畢業(yè)設(shè)計-文庫吧資料

2024-12-07 10:26本頁面
  

【正文】 對偶性 整流器的負載是逆變器,逆變器有電壓型和電流型兩種。但是控制比較復(fù)雜,不適合 200W以下小容量使用: 20 世紀 80 年代后期又針對小容量整流器提出了電壓跟隨器 校正技術(shù),校正器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式( DCM),使控制電路大大簡化,很適合 200W以下小容量整流器使用,一般不能用在較大功率整流器中。所以說 20 世紀 80 年代是 Boost 功率因素校正年代。 功率因數(shù) 校正( PFC)技術(shù)誕生與 20 世紀 80 年代,它采用的是高頻開關(guān)工作方式,具有體積小,重量輕,效率高,輸入功率因素接近1的有點,因而受到了人們的關(guān)注。直流輸出電壓也可以維持在一定的范圍內(nèi)。 對于乘法器控制的有源校正電路,由于要對輸入電流的波形和相位進行控制,故控制吳敏華:單相電壓型 PWM 整流 10 電路必須加入市電網(wǎng)側(cè)輸入電流反饋的內(nèi)環(huán):為了都輸出電壓進行控制,有必須加入直流輸出 電壓反饋的外環(huán)。例如 Buck、 Boost、BuckBoost、 Cuk、 Sepic、 Zeta 變換器等。所以,為了提高整流器的輸入功率因素,和電壓跟隨器 PFC 電路相同,必須用有源校正電路吧整流器與直流濾波電容隔開,這就要求有源校正電路必須是 DC/DC 變換器,為了保證輸入電流正弦化并跟蹤輸入電壓,使它們的波形相同,相位差等于零,有源校正電路又必須是可控的;為了更有效地使輸入電流正弦化,是輸出功率差與輸入功率在每一瞬間都相等,有源校正電路又必須工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。 要提高整流器的輸入功率因素有兩個途徑:一是輸入電流正弦花,二是 使輸入電流與輸入電壓同相位。 3 功率因素校正 技術(shù) 功率因素校正簡介 發(fā)展歷史 采用乘法器的 PFC 電路,其中特別是 Boost PFC 電路,是 20 世紀 80 年代出現(xiàn)的應(yīng)用廣泛的 PFC 電路。 PWM 控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成 PWM 整流電路 可看成逆變電路中的 PWM 技術(shù)向整流電路的延伸, PWM 整流電路已獲得了一些應(yīng)用,并有良好的應(yīng)用前景, PWM 整流電路作為對第 2 章的補充,可使我們對整流電路有更全面的認識。 控制技術(shù)用于交流 — 交流變流電路 斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是 PWM 控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的代表,目前其應(yīng)用都還不多,但矩陣式變頻電路因其容易實現(xiàn)集成化,可望有良好的發(fā)展前景。 PWM 控制技術(shù)的地位 PWM 控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,并對電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠影響的一項技術(shù)。通過滯環(huán)控制,可以保證實際的電感電流 iL在其指令值 i*L 附近波動,波動的大小與滯環(huán)寬度有個,即與設(shè)定的 △ iLmax 和 △ iLmin 有關(guān)。 令 i*L 減去 iL。此處采用滯環(huán)控制方法。 i*L 為與 ud 同相位的正弦半波電流,其幅值可控制直流電壓 uo 的大小。2?2?? ? )s i n1(42139。 (1)滯環(huán)比較方式 圖 6 12u cuO tu rT cA DBO tu ot A t D t B? ?? 39。從圖 612 得因此可得 : 三角波一 周期內(nèi) , 脈沖兩邊間隙寬度 : 圖 規(guī)則采樣法 PWM 跟蹤控制技術(shù) 把希望輸出的波形作為指令信號,把實際波形作為反饋信號,通過兩者的瞬時值比較來 ,決定逆變電路各開關(guān)器件的通斷,使實際的輸出跟蹤指令信號變化。脈沖寬度 d 和用自 然采樣法得到的脈沖寬度非常接近 。取三角波兩個 正峰值之間為一個采 樣周期 Tc,在然采樣法 中,脈沖中點不和三角波一周期的中點(即 負峰點)重合,這樣就使計算大為簡化。 工程實用方法,效果接近自然采樣法,計 算量小得多,但計算量卻比自然采樣法小的 多。自然采樣法是最基本的方法,所得到的 SPWM波形很接近正弦波。2U d?2U d華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 可在低頻輸出時采用異步調(diào)制方式, 頻輸出時切換到同步調(diào)制方式,這樣 把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來,和分段同步 方式效果接近。u VN 39。 異步調(diào)制和同步調(diào)制 載波比 ——載波頻率 fc 與調(diào)制信號頻率 fr 之比, N= fc / fr. 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況, PWM 調(diào)制方式分為異步調(diào)制和同步調(diào)制 a. 異步調(diào)制 異步調(diào)制 ——載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式 通常保持 fc 固定不變,當(dāng) fr 變化時,載波比 N 是變化的,在信號波的半周期內(nèi), PWM波的脈沖個數(shù)不固定,相位也不固定,正負半周期的脈沖不對稱,半周期內(nèi)前后 1/4 周期的脈沖也不對稱,當(dāng) fr 較低時, N 較大,一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多,脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小,當(dāng) fr 增高時, N 減小,一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少, PWM 脈沖不對稱的影響就變大 b. 同步調(diào)制 同步調(diào)制 ——N 等于常數(shù),并在變頻時使載波和信號波保持同步 基本同步調(diào)制方式, fr 變化時 N 不變,信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定 ,下面分析, 三相電路中公用一個三角波載波, 圖 為同步調(diào)整三相 PWM 波形, 且取 N 為 3 的整數(shù)倍,使三相輸出對稱為使一相的 PWM 波正負半周鏡對稱, N 應(yīng)取奇數(shù) fr 很低時, fc 也很低,由調(diào)制帶來的諧波不易濾除, r 很高時, fc 會過高, 使開關(guān)器件難以承受 。 (2)調(diào)制法 輸出波形作調(diào)制信號,進行調(diào)制得到期望的 PWM 波 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波,腰三角波應(yīng)用最多,其任一點水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱與任一平緩變化的調(diào)制信號波相交,在交點控制器件通斷,就得寬度正比于信號波幅值的脈沖,符合 PWM 的要求,調(diào)制信號波為正 弦波時,得到的就是SPWM 波 。不管什么 PWM 波,都是基于面積等效原理來進行控制的,因此其本質(zhì)是形同的。如直流斬波電路。 PWM 波形可分為等幅 PWM 波河不等幅 PWM 波兩種。像這種脈沖的寬度按正弦波規(guī)律變化和正弦波等效的 PWM 波形, 也稱為 SPWM 波形。根據(jù)面積等效原理, PWM 波形和正弦半波是等效的。這就是 PWM 波形。這些脈沖寬度相等,都等于 ? /N,且脈沖頂部不是水平直線,而是曲線,各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。 下面分析如何用一系列等副不等寬的脈沖來代替一個正弦波。如果周期性地加上述脈沖,則響應(yīng) i(t)也是周期性的用傅里葉級數(shù)分解后將可看出, a )Ob )tbdcai ( t )i ( t )e ( t ) 圖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 各 i(t)在低頻段的特性將非常接近,僅在高頻段有所不同。從波形可以看出,在 i(t)的上升段,脈沖形狀不同時 i(t)的形狀也略有不同,但其下降段則幾乎相同。圖中 e(t)為電壓窄脈沖,其形狀和面積分別如圖 、b、 c、 d 所示,為電路的輸入。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 的單位脈沖函數(shù) ??(t))時,環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析,則其低頻段非常接近,僅在高頻段略有差異,例如圖 a、 b、 c 所示的三個窄脈沖形狀不同。沖量即指窄脈沖的面積。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ,目前使用較廣泛的 PWM 法 .前面提到的采樣控制理論中的一個重要結(jié)論 :沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時 ,其效果基本相同 .SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。 吳敏華:單相電壓型 PWM 整流 4 2 PWM 控制技術(shù) PWM 簡介 PWM 的全稱是 Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制),它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。 (4)閱讀國內(nèi)外專家論文,了解電力電子的最新動態(tài)。 本 論文研究的主要工作 (1)PWM 的基本原理。 由于 PI 調(diào)節(jié)器算法簡單、可靠性高,一直被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制,所以本文也采用數(shù)字 PI 調(diào)節(jié),將電壓環(huán)的輸出作為電流環(huán)的給定。 12 位 AD 轉(zhuǎn)換器保證了較高的精度。 研究中 采用 Motorola 最新推出的 DSP—DSP56F8323。本文詳細分析了倍流電路的工作原理,并將數(shù)字控制應(yīng)用于此電路中,從而克服了模擬控制的一些缺點,取得了較好的控制效果。但它也存在一些問題,諸如占空比丟失、整流二極管的反向恢復(fù)引起的電壓尖峰以及兩橋臂實現(xiàn)ZVS(零電壓開關(guān))的差異。全橋 方式應(yīng)用于輸出電壓較高的場合。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外都在 基于 DSP 的移相全橋倍流整流電路的研究 , 中大功率場合下,由于開關(guān)管電壓應(yīng)力低、易于實現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點,移相全橋電路得到比較廣泛的應(yīng)用。 展望 21 世紀電力電子產(chǎn)業(yè)或電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢,其動向就是圍繞提高效率、提高華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 性能、消除電力公害、減少 電磁干擾和電噪聲進行不懈的研究。 目前,電力電子產(chǎn)品較好地滿足了我國的市場需求,但新型電力電子半導(dǎo)體器件仍需依靠進口。目前電力電子行業(yè)還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究,包括電力電子系統(tǒng)的積木式集成技術(shù)、具有獨立電源的多電平拓撲電路、具有超導(dǎo)儲能的并聯(lián)型 UPS、多電平軟開關(guān)技術(shù)、鐵道供電系統(tǒng)的電流諧波抑制和功率因數(shù)改善、逆變器無線均流技術(shù)、電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)器、直流側(cè)諧波抑制的 PWM 控制策略等。具有代表性的產(chǎn)品177。目前,電力電子技術(shù)已由半控型、全控型器件進入全新的智能型時代。 70 年代后期,在 SCR 基礎(chǔ)上研制成功的可關(guān)斷晶閘管以及在晶體管基礎(chǔ)上研制成功的電力晶體管及模塊相繼進入實用化,并在中、大容量的變流裝置中,傳統(tǒng)的晶體管逐漸被這些全控型電力電子器件所取代。從 1947 年第一只晶體管誕生之日起,半導(dǎo)體器件及相應(yīng)的變流裝置在世界范圍內(nèi)很快發(fā)展起來,從而產(chǎn)生了半導(dǎo)體固態(tài)電子學(xué)。 本課題研究的意義 作為 20 世紀后期新興的邊緣學(xué)科,電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進行變換及控制的一種現(xiàn)代技術(shù),它使電網(wǎng)的工頻電能最終轉(zhuǎn)換成不同性質(zhì)、不同用途的電能,以適應(yīng)千變?nèi)f化的用電裝置的不同需要。 PWM 控制技術(shù)大致可以為為三類,正弦 PWM(包括電壓,電流或磁通的正弦為目標的各種 PWM 方案,多重 PWM 也應(yīng)歸于此類),優(yōu)化 PWM及隨機 PWM。 由于 PWM可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點。 1964年 和 er 首先提出把這項通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中,從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。 PWM 調(diào)制是現(xiàn)代發(fā)展起來的一項技術(shù),早工程上主要有滯環(huán)比較法和三角波比較法,較之后者, 滯環(huán)比較控制方式的硬件電路簡單,屬于實時控制,電流響應(yīng)快,對負載的適應(yīng)性強,由于不需要載波,所以輸出電壓不含特定頻率的諧波分量,另外,這種控制方式,有利于提高電壓利用率,但在響應(yīng)快的同時,電流脈動也很大,而且滯環(huán)的寬度也難控制,若寬度過大,開關(guān)頻率和開關(guān)損耗可降低,但跟蹤誤差增大,若寬度過小,開關(guān)頻率和開關(guān)損耗增大,跟蹤誤差可減小,再者,如果寬度固定,電流跟隨誤差范圍也是固定的,但是 開關(guān)器件的頻率是變化的,這就對電力器件的工作頻率提出了更高的要求,今后電力電子技術(shù)將會得到進一步發(fā)展,高頻電力電子器件會應(yīng)運而生,對上面目前不足將得到很大的改善。通過對 PWM 整流電路進行有效的控制 ,選擇合適的工作模式和工作時序 ,從而調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位 ,使之接近正弦波并與電網(wǎng)電壓同相或反相 ,不但有效地控制了電力電子裝置的諧波問題 ,同時也使得變流裝置獲得良好的功率因數(shù);同時 PWM 控制主要用于逆變電路,主要采用電流滯環(huán)法 控制,這種控制電路主要是硬件電路簡單,經(jīng)濟,而且對電壓的利用率高,對網(wǎng)側(cè)污染少,提高了功率因素。 大家熟知 ,在傳統(tǒng) 的變流電路中 ,晶閘管可控整流裝置的功率因數(shù)會隨著其觸發(fā)角的增加而變壞 ,這不但使得電力電子類裝置成為電網(wǎng)中的主要諧波因素 ,也增加了電網(wǎng)中無功功率的消耗。這個階段的注意特點是:校正器采用的是 “乘法器( Multiplier)原理進行控制,校正器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式( CCM)可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。但 20 世紀 80 年代的功率因素校正技術(shù)大部分是寄予 Boost 電路原理。最后建立其 Matlab 的仿真模型 ,驗證了設(shè)計的正確性。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 單相電壓型 PWM 整流 摘 要 分析單相電壓型 PWM 整流電路 (功率因素校正電路 )的工作原理和工作模式 , 功率因數(shù)校正( PFC)技術(shù)誕生與 20 世紀 80 年代,它采用的是高頻開關(guān)工作方式,具有體積小,重量輕,效率高,輸
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