调频式串联谐振耐压试验系统研究与设计

发布时间：2017-09-22 07:16

  本文关键词：调频式串联谐振耐压试验系统研究与设计

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【摘要】：我国电网正在向着“一特三大”方向发展,越来越多的高压电气设备将会用于电网中。在电气设备安装完成之后,必须在投入使用前对各种高压设备进行交流耐压试验,以确定是否能够正常的投入运行。由于传统的工频试验变压器,对高压设备进行耐压试验时,需要高电压、大容量的试验电源,使得设备显得特别笨重,并不适合现场试验。因此采用谐振原理设计的调频式串联谐振耐压试验系统具有非常高的实用价值和十分重要的研究意义。本文以调频式串联谐振耐压试验系统为核心,主要研究内容包括下列几个方面。本文首先阐述了串联谐振装置的几个基本类型,对几种谐振装置试验时的优缺点进行了对比分析,在此基础上得出了用变频串联谐振试验方法进行电气设备耐压试验最优的结论。其次对调频式串联谐振系统的原理、能量变化及频率特性进行了分析,并在此基础上对试验回路谐振点的查找进行了论述,对SPWM的调制方式进行了详细分析与对比,确定了以单极性SPWM调制方式来实现变频电源的调频调压技术。然后对逆变电路进行建模分析,并对耐压系统的主电路进行了研究和设计,包括主电路结构设计,试验系统器件参数的选择。特别地,对逆变电路的低通滤波器参数进行详细计算,并对其进行了开环仿真分析,验证了设计的正确性和可行性。对逆变电路的输出电压控制方式进行研究,通过输出电压瞬时值单环PID控制、双环P/PI/PD/PID的控制用极点配置方式对其参数进行了计算。通过比较,最终选择电压PI电流P双环控制作为逆变电源的控制方式,但由于幅值特性不是很好,在双环外增加了均值外环PI控制来对输出电压幅值进行控制,并通过simulink对三环控制进行了仿真分析。最后对控制系统部分软硬件进行了设计,阐述了变频串联谐振耐压试验的方法、要求和试验前的准备,并通过simulink对耐压系统在谐振点的试验情况进行了仿真。
【关键词】：交流耐压试验 结构原理 主电路 逆变电源控制 软硬件设计 试验方法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM83
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及国内外研究现状11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2 串联谐振装置基本原理及类型12-15
• 1.2.1 基本原理12-13
• 1.2.2 串联谐振装置类型13-15
• 1.2.3 各种串联谐振装置特点比较15
• 1.3 本文研究内容15-17
• 第2章 耐压试验装置结构分析17-28
• 2.1 装置组成17-18
• 2.1.1 变频电源17
• 2.1.2 励磁变压器17
• 2.1.3 试验电抗器17
• 2.1.4 电容分压器17-18
• 2.2 串联谐振技术分析18-22
• 2.2.1 阻抗频率特性分析18-19
• 2.2.2 串联谐振电路能量变化分析19-20
• 2.2.3 频率特性分析20-22
• 2.3 谐振点的查找22
• 2.4 变频调压技术的实现22-26
• 2.4.1 SPWM控制技术的基本原理23-25
• 2.4.2 SPWM调制方法比较25-26
• 2.5 装置的技术参数26-27
• 2.6 本章小节27-28
• 第3章 逆变单元建模及主电路设计28-38
• 3.1 逆变单元主电路模型28
• 3.2 逆变单元数学模型28-30
• 3.2.1 连续时间状态空间模型29-30
• 3.2.2 离散时间状态空间模型30
• 3.3 耐压试验系统主电路设计30-35
• 3.3.1 变压器模块的选择30-31
• 3.3.2 LC滤波器设计31-33
• 3.3.3 直流模块电压值确定33-34
• 3.3.4 功率模块及其驱动方式34
• 3.3.5 高压电抗器选择34-35
• 3.3.6 高压分压器选择35
• 3.4 逆变电路仿真分析35-37
• 3.4.1 SPWM输出仿真35-36
• 3.4.2 逆变电路输出仿真36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 逆变电源控制研究38-58
• 4.1 逆变器的PID控制38-40
• 4.1.1 PID控制器的设计38-39
• 4.1.2 PID控制闭环系统的性能39-40
• 4.2 单闭环控制与仿真40-42
• 4.2.1 电压瞬时值PID反馈控制40
• 4.2.2 仿真及试验结果分析40-42
• 4.3 双环控制与仿真42-43
• 4.3.1 单相逆变器的双环控制42-43
• 4.4 基于极点配置的双环控制器设计43-52
• 4.4.1 P-P双环控制器设计44-46
• 4.4.2 P-PI双环控制器设计46-47
• 4.4.3 PI-P双环控制器设计47-49
• 4.4.4 PI-PI双环控制器设计49-51
• 4.4.5 其它形式双闭环控制51-52
• 4.5 电压均值PID控制52-55
• 4.5.1 电压均值PID控制数学模型52-53
• 4.5.2 仿真及试验结果分析53-55
• 4.6 PI-P双环与均值外环控制复合控制55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第5章 控制系统软硬件设计58-71
• 5.1 控制系统设计思路58
• 5.2 TMS320F28335功能特点及最小系统58-62
• 5.2.1 功能特点58-59
• 5.2.2 电源电路59-60
• 5.2.3 DSP时钟电路60
• 5.2.4 IGBT功率驱动模块60-61
• 5.2.5 试验信号采集及调理单元61
• 5.2.6 系统保护电路61-62
• 5.3 基于FPGA的人机交互系统62-64
• 5.3.1 FPGA简介62
• 5.3.2 人机交互的液晶接口电路62-63
• 5.3.3 人接交互的键盘控制电路63-64
• 5.3.4 FPGA和DSP的通信接口模块64
• 5.4 控制系统的软件设计64-70
• 5.4.1 变频调压软件结构设计65
• 5.4.2 SPWM波形实现65-67
• 5.4.3 采用FPGA实现LCD显示设计67-68
• 5.4.4 人机交互界面设计68-70
• 5.5 本章小节70-71
• 第6章 电气设备交流耐压试验方法71-76
• 6.1 试验步骤及要求71-72
• 6.1.1 接线71
• 6.1.2 调频调压71
• 6.1.3 交流耐压时间及试验值71
• 6.1.4 试验判据71-72
• 6.2 交流耐压试验前的准备72-73
• 6.2.1 试验参数估计72
• 6.2.2 电抗器选择72
• 6.2.3 励磁变压器变比选择72-73
• 6.2.4 低压电源的选择73
• 6.3 交流耐压试验仿真73-75
• 6.3.1 仿真参数设置73-74
• 6.3.2 仿真结果74-75
• 6.4 本章小节75-76
• 结论76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80

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