低压大功率变频电源研究与设计

发布时间：2017-09-26 00:00

  本文关键词：低压大功率变频电源研究与设计

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【摘要】：随着全球进入由工业3.0到工业4.0过渡的迅猛发展时机,变频电源特别是大功率变频电源迎来了前所有未的挑战和机遇。低压大功率变频电源由于能够输出低压大电流的特点在航空航天、电镀电焊等重工业领域具有广泛的应用,其相关技术的研究具有重要战略意义。本文围绕低压大功率变频电源的研究与设计展开讨论,通过对比各种拓扑结构,最终选择全桥全波式的结构作为低压大功率变频电源的主电路拓扑,全波结构周波变换器采用多个MOSFET并联进行同步整流,以容纳更大电流。本文详细介绍了单极性移相控制策略的开关模态和小信号特性,并分析了低压大功率变频电源设计中的关键问题。本文针对变频电源输出为12V/1000A的情况进行了仿真分析和硬件结构设计。本文基于MATLAB仿真软件,对整个系统进行仿真模块的搭建,并进行开环和闭环控制仿真。开环仿真对相关波形进行了详细分析,同时也为硬件参数的设计提供了参考和验证。闭环仿真设计介绍了单闭环和双闭环两种控制策略,并根据理论设计了相应的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性。本文从主电路、控制电路、辅助电源系统三个方面介绍了所设计低压大功率变频电源样机的硬件结构:主电路部分包括三相整流滤波电路、软启动电路、功率开关管设计、磁性器件设计几个方面;控制电路部分包括DSP核心处理器电路、驱动电路、信号检测与调理电路、过流保护电路几个方面;辅助电源部分介绍了两级级联结构多路输出开关电源的拓扑方案和硬件结构设计。最后基于设计本文搭建了12V/1000A变频电源实验平台,并进行相关的实验:辅助电源系统实验表明所设计的辅助电源具有良好的性能,可以为变频电源系统提供不同的电压需求;DSP数字化实现与实验表明DSP应用于变频电源中可以灵活的实现复杂的逻辑输出和控制;驱动电路实验验证了所设计驱动电路的正确性;系统控制策略实验验证了单极性移相控制策略的可行性和有效性。
【关键词】：低压大功率 单极性移相控制 MATLAB仿真 辅助电源 DSP数字化控制
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 变频电源技术的发展10-12
• 1.2.1 逆变环节由低频向高频的发展10-11
• 1.2.2 数字化与智能化的发展11-12
• 1.3 国内外研究现状12-13
• 1.4 本文研究内容与结构13-15
• 第二章 低压大功率变频电源原理分析15-33
• 2.1 低压大功率变频电源主电路拓扑选择15-16
• 2.2 低压大功率变频电源高频控制策略选择16-21
• 2.2.1 单极性移相控制策略17-19
• 2.2.2 双极性移相控制策略19-20
• 2.2.3 两种移相控制策略对比与选择20-21
• 2.3 低压大功率变频电源单极性移相控制策略分析21-29
• 2.3.1 开关模态分析21-26
• 2.3.2 稳态与小信号分析26-29
• 2.4 低压大功率变频电源关键问题分析29-32
• 2.4.1 单极性移相控制策略软开关问题29-30
• 2.4.2 副边占空比丢失与周波变换器换流问题30-31
• 2.4.3 周波变换器同步整流MOSFET器件的并联均流问题31-32
• 2.5 本章总结32-33
• 第三章 低压大功率变频电源开环与闭环仿真设计33-51
• 3.1 开环控制变频电源仿真分析与设计33-40
• 3.1.1 驱动逻辑控制单元设计34
• 3.1.2 高频全桥逆变单元设计34-35
• 3.1.3 周波变换器单元设计35
• 3.1.4 开环控制系统仿真结果及分析35-40
• 3.2 电压单闭环反馈控制系统设计与仿真分析40-45
• 3.2.1 补偿环节设计41-43
• 3.2.2 电压单闭环控制系统仿真结果及分析43-45
• 3.3 PI-P双环控制设计与仿真45-50
• 3.3.1 电压外环电感电流内环双环控制策略分析45-47
• 3.3.2 PI-P控制器设计与仿真分析47-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 低压大功率变频电源系统硬件结构设计51-77
• 4.1 系统整体设计方案51-53
• 4.2 主电路硬件设计53-63
• 4.2.1 输入整流滤波电路设计53
• 4.2.2 高可靠软启动电路设计53-56
• 4.2.3 高频变压器设计56-59
• 4.2.4 功率开关管的设计59-61
• 4.2.5 输出LC滤波器设计61-63
• 4.3 控制电路设计63-70
• 4.3.1 基于TMS320F2812的DSP控制平台搭建64-66
• 4.3.2 驱动电路设计66-68
• 4.3.3 信号检测与A/D调理电路设计68-69
• 4.3.4 过流保护电路设计69-70
• 4.4 辅助电源系统设计70-75
• 4.4.1 多路输出辅助电源拓扑方案设计70-72
• 4.4.2 辅助电源系统硬件电路设计与分析72-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 低压大功率变频电源系统实验与分析77-92
• 5.1 辅助电源系统实验分析77-80
• 5.2 基于DSP的数字化实现与实验分析80-86
• 5.2.1 单极性移相控制策略的DSP实现80-83
• 5.2.2 DSP软件实现与实验分析83-86
• 5.3 驱动电路验证实验86-87
• 5.4 系统控制策略验证实验87-91
• 5.5 本章小结91-92
• 总结与展望92-94
• 参考文献94-98
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果98-99
• 致谢99-100
• 答辩委员会对论文的评定意见100

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本文编号：920280