机车电源测试用直流回馈型交流电子负载的研制

发布时间：2017-09-04 21:35

  本文关键词：机车电源测试用直流回馈型交流电子负载的研制

  更多相关文章： 电子负载 直流回馈 负载模拟 陷波滤波器 零电压软开关 功率平衡

【摘要】：电源出厂前都要经过严格的负载试验测试电源的动态、稳态性能,保证出厂电源的优良品质。本文以机车DC600V电源测试系统为背景,针对传统的能耗型电子负载存在的负载调节不够灵活、电能利用率低等缺点,采用电力电子器件组成的能馈型交流电子负载能够满足逆变电源负载试验的需求,同时将测试所需的电能循环利用。针对传统的交流回馈方式并网谐波抑制难度大、工频隔离变压器体积和损耗大的缺点提出了电能的直流回馈方式,同时将软开关应用于能馈型电子负载,针对直流回馈型交流电子负载展开深入的研究工作:(1)将直流回馈型交流电子负载模块化为前级负载模拟单元和后级直流回馈单元,分别分析了两级变换器的拓扑结构,根据负载模拟单元的开关函数建立了对应的数学模型,根据功率平衡原理建立了直流回馈变换器的数学模型。对直流主电路、下位机控制系统和上位机控制系统的功能划分进行了分析。(2)根据负载模拟单元的数学模型得到了基于PI控制器的电流单环离散控制系统,分别按照典型Ⅰ型系统整定法和典型Ⅱ型系统整定法对电流环PI参数进行整定;针对PI控制器无法实现对交流信号无静差跟踪的问题,采用比例-谐振(PR)控制器来代替电流环PI控制器,对PR控制器比例系数、积分系数和截止频率对于系统性能的影响进行了研究。(3)对直流母线电压二倍频谐波分量产生的原因进行了分析,对比了低通滤波器、均值滤波器和陷波滤波器三种数字滤波器的滤波效果。建立了电压外环电流内环的双闭环控制系统,按照三阶系统最佳整定法对直流回馈单元电压外环的控制器参数进行了整定;对直流回馈单元实现ZVS的关键技术进行了研究。(4)根据系统的功能需求设计了对应的主电路,对主电路主要元件的参数计算以及功率器件选型进行了分析,设计了基于DSP+CPLD的控制系统,并对关键电路进行了分析,完成了DSP部分的软件设计和CPLD部分的软件设计。(5)在MATLAB/simulink中搭建基于s-function的仿真模型,得到了仿真结果,验证了方案的可行性;搭建了直流回馈型交流电子负载的样机平台,在样机上做了相关实验,验证了方案的可行性以及理论分析的正确性。
【关键词】：电子负载 直流回馈 负载模拟 陷波滤波器 零电压软开关 功率平衡
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 能馈型电子负载的研究背景和意义9-10
• 1.2 能馈型电子负载的发展概况及研究现状10-13
• 1.3 直流回馈方式的交流电子负载的优势13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 第2章 系统结构、工作原理与建模分析16-29
• 2.1 直流回馈型单相交流电子负载系统结构与功能拓展16-18
• 2.1.1 直流回馈型单相交流电子负载系统结构16-17
• 2.1.2 直流回馈型单相交流电子负载系统功能拓展17-18
• 2.2 直流回馈型单相交流电子负载工作原理18-22
• 2.2.1 负载模拟单元工作原理18-21
• 2.2.2 直流回馈变换器工作原理21-22
• 2.3 系统模型建立22-27
• 2.3.1 负载模拟变换器建模23-25
• 2.3.2 直流回馈变换器建模25-27
• 2.4 系统构架与功能分配27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 负载模拟单元控制策略研究与控制器设计29-45
• 3.1 负载模拟单元电流控制策略简介29-31
• 3.2 基于PI控制的电流内环控制分析31-37
• 3.2.1 电流环被控对象建模及离散化31
• 3.2.2 采用P控制器的电流环分析31-34
• 3.2.3 采用PI控制器的电流环分析34-37
• 3.3 准比例谐振控制器在电流环中的应用37-43
• 3.3.1 比例谐振控制器性能及分析37-42
• 3.3.2 准比例谐振控制器的数字实现42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 直流回馈变换器关键技术分析45-54
• 4.1 直流母线电压纹波产生原因及抑制45-50
• 4.1.1 流母线电压纹波产生原因45-46
• 4.1.2 直流母线电压二倍频谐波抑制46-50
• 4.2 直流回馈变换器控制环路设计50-51
• 4.3 直流回馈变换器软开关的实现51-53
• 4.3.1 超前桥臂实现ZVS52
• 4.3.2 滞后桥臂实现ZVS52-53
• 4.3.3 谐振电感rL的大小对系统的影响53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 直流回馈型单相交流电子负载系统设计54-67
• 5.1 直流回馈型单相交流电子负载测试系统结构54-55
• 5.2 系统主电路设计55-59
• 5.2.1 关键器件参数计算56-58
• 5.2.2 关键器件选型58-59
• 5.3 控制系统硬件电路设计59-63
• 5.3.1 系统控制板电路59-63
• 5.4 控制系统软件设计63-66
• 5.4.1 DSP软件设计64-65
• 5.4.2 CPLD软件设计65-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 直流回馈型单项交流电子负载仿真与实验研究67-79
• 6.1 仿真模型及结果分析67-75
• 6.1.1 基于PI控制器的系统仿真结果及分析68-70
• 6.1.2 基于PR控制器的系统仿真及分析70-71
• 6.1.3 陷波滤波器仿真结果及分析71-73
• 6.1.4 直流回馈变换器ZVS实现仿真结果及分析73-75
• 6.2 实验结果分析75-78
• 6.2.1 基于PI控制器的实验结果及分析75-76
• 6.2.2 基于PR控制器的实验结果及分析76-77
• 6.2.3 ZVS实现的结果及分析77-78
• 6.3 本章小结78-79
• 第7章 总结与展望79-81
• 参考文献81-84
• 致谢84

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本文编号：793979