DBD型臭氧发生器高频高压电源研究与设计

发布时间：2017-04-29 22:08

  本文关键词：DBD型臭氧发生器高频高压电源研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：臭氧因其无污染、低危害、绿色环保等特点受到人们的重视程度越来越高,臭氧在工业上各个领域得到广泛的应用。然而,制备臭氧技术还不成熟,目前国内臭氧发生器电源多采用工频市电通过变压器升压的方案或者是电源功率因素很低的硬开关技术开环逆变方案,使得整个电源系统具有工作效率很低和抗干扰性差的问题。针对臭氧发生器电源的应用问题进行研究极具价值。以30kW/11kHz的高频高压臭氧发生器电源为研究对象,采用介质阻挡放电法(DBD:Dielectric Barrier Discharge)臭氧发生技术,以提高臭氧发生器的臭氧产量为目的,针对电源系统工作效率低和抗干扰能力差的问题,从频率自动跟踪、功率闭环控制和软开关技术三个方面进行研究。首先,设计了一种基于DSP(TMS320F28035)的移相PWM的设计方案,确定以三相不可控整流、全桥IGBT逆变和串联谐振负载放电室为臭氧发生器电源的主回路。其次,采用PID(比例积分微分控制)和DPLL(数字锁相环)相结合的闭环控制策略,对臭氧发生器电源系统进行MATLAB/SIMULINK平台仿真建模。再次,在仿真的基础上实现了以TMS320F28035为控制核心的控制系统的驱动电路及相关硬件电路的设计。再次,采集负载放电室的端电压和电流信号,经过TMS320F28035芯片的模块化设计,分别实现了4路带死区的PWM控制脉冲、软件锁相环、PID控制的移相PWM功率调节、故障诊断等软件程序流程设计,搭建实验平台,进行综合调试。最后,对整个臭氧发生器逆变电源进行硬件电路测试和软件程序测试,硬件电路测试了电源系统各个功能模块,软件功能测试了PWM驱动脉冲波形、频率跟踪波形、PWM移相控制逆变桥输出电压和输出电流波形、负载输出电压和输出电流波形,以及整个臭氧发生器电源系统的功能测试。仿真和实验结果表明,实现了软开关技术、频率自动跟踪和功率自动调节,提高了臭氧发生器电源系统的功率因素,解决了电源系统能耗过高的问题,确保了臭氧发生器电源系统的稳定性和可靠性,验证了该方案的可行性和有效性。
【关键词】：臭氧发生器电源 DBD 软开关 频率跟踪 移相PWM DSP
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 DBD型臭氧发生器电源研究现状及发展趋势9-11
• 1.3 课题主要研究内容与创新点11-12
• 1.4 课题所做工作及结构安排12-13
• 第二章 臭氧发生器电源设计方案总述13-29
• 2.1 臭氧发生器电源基础理论13-17
• 2.1.1 臭氧制备方法及负载等效结构13-14
• 2.1.2 臭氧产量影响因素分析14-16
• 2.1.3 电源系统功率调节方法分析16-17
• 2.2 电源系统整体设计方案17-21
• 2.2.1 电源系统总体结构设计18
• 2.2.2 电源系统功能分析18-19
• 2.2.3 电源系统闭环控制方案设计19-21
• 2.3 电源系统SIMULINK建模与仿真结果分析21-27
• 2.3.1 驱动控制脉冲建模22-24
• 2.3.2 频率自动跟踪建模24
• 2.3.3 PID功率调节建模24-25
• 2.3.4 仿真结果及分析25-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 电源系统硬件设计29-43
• 3.1 主回路硬件设计29-33
• 3.1.1 主电路基本拓扑结构29-30
• 3.1.2 整流滤波参数设计30-32
• 3.1.3 预充放电电路设计32
• 3.1.4 逆变桥电路参数设计32-33
• 3.1.5 升压变压器参数设计33
• 3.2 控制系统硬件设计33-42
• 3.2.1 TMS320F28035最小系统模块34-36
• 3.2.2 逆变桥PWM驱动模块36
• 3.2.3 信号调理模块36-38
• 3.2.4 通讯模块38-39
• 3.2.5 故障检测与保护模块39-40
• 3.2.6 系统状态显示模块40-41
• 3.2.7 辅助电源设计41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 电源系统DSP软件设计43-53
• 4.1 软件总体设计思路43-44
• 4.2 PWM驱动信号软件实现44-45
• 4.3 模拟量采集与处理软件实现45-46
• 4.4 故障诊断与状态显示程序46-49
• 4.5 频率跟踪软件实现49-51
• 4.6 功率调节软件实现51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 电源系统测试及结果分析53-61
• 5.1 硬件电路测试53-55
• 5.2 软件测试实验波形55-58
• 5.2.1 PWM驱动信号波形测试55-56
• 5.2.2 移相控制波形测试56-57
• 5.2.3 频率跟踪测试57-58
• 5.3 系统整体测试58-59
• 5.4 实验结果分析59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 结论与展望61-63
• 6.1 主要结论61-62
• 6.2 研究展望62-63
• 参考文献63-65
• 附录A65-67
• 在学期间的研究成果67-68
• 致谢68

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