基于谐振软开关的静电除尘高频高压电源控制研究

发布时间：2018-10-05 12:40

【摘要】：近些年,工业现代化的飞速发展导致环境污染问题愈演愈烈,其危害人类健康的同时,也进一步束缚了经济的可持续化增长。为了应对环境污染,各种工业除尘技术如雨后春笋般不断涌现,其中静电除尘技术以较高的除尘效率、较少的电能损耗和较小的体积等优势脱颖而出,成为除尘技术领域中的焦点。静电除尘设备的除尘效果是由供电电源所决定的,性能优异的静电除尘电源能够更大程度提升静电除尘器的除尘效率,并减少对电网的污染。本文依托“江苏省科技支撑项目”这一科技创新平台,与镇江天力变压器厂共同合作研制出一种新型的高频大功率静电除尘电源设备,并深入研究了高频除尘电源LCC(串并联谐振变换器)建模分析与设计,以及一种新型的LCC控制策略—脉冲移相频率调制(Pulse Shift Frequency Modulation,PSFM),它能够有效减少电源电路的损耗,并提升了高频电源系统的整体性能。具体研究内容如下:首先,本文阐述了静电除尘高频电源的系统结构,并分别对主电路和控制电路的工作方式进行了论述,然后着重介绍高频电源的主电路设计,并对其各部分器件的结构、工作原理以及型号选取做了详细说明。其次,本文详细介绍了高频静电除尘电源控制系统的结构和工作过程,然后对DSP主控电路、模拟数字调理电路、IGBT驱动电路以及电源电路的设计过程做了细致的说明,并给出了相关电路的测试结果。最后,对模拟、数字电路部分做了集成化设计,并使用DSP+FPGA控制系统对原有DSP+CPLD控制系统进行升级,用于提升高频电源控制系统的整体性能。再次,本文详细介绍了高频电源控制系统主程序的软件设计流程,然后分别说明了主程序各个功能环节的程序设计流程,如:系统初始化、自检程序、火花检测程序、闪络判断程序、电压控制程序、故障信号处理以及降压振打程序等,并对电压控制和火花控制的原理及实施方式进行详细阐述,最终构建出一个完整的控制系统软件体系。最后,利用本文设计的高频电源产品样机进行现场带负载实验,得到相关参数波形,验证了高频电源硬件和软件设计的合理性。接着,本文研究了高频静电除尘电源LCC建模分析与设计。首先阐述了高频静电除尘电源LCC的电路拓扑,并详细说明了LCC电流连续模式(Current Continuous Mode,CCM)下的工作方式,然后基于基波分析法对LCC建立准确的数学模型,并结合实际工程的技术指标,设计了一套LCC工程应用参数,最后采用MATLAB软件对设计的LCC参数进行仿真验证,控制策略采用基于PID的脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM),仿真结果表明了LCC设计的合理性,能满足实际工程要求,且控制效果较好,能够用于指导高频静电除尘电源样机的现场实验调试。最后,本文深入研究了一种新型的PSFM控制策略。首先详细阐述了PSFM的原理,对PSFM控制下的LCC工作方式进行了详细说明,然后着重介绍了PSFM的稳定性分析、实现方法以及PSFM与PFM电源系统的损耗比较,并使用MATLAB对PSFM控制系统进行仿真,且依次增加PID和模糊PID控制器用于优化高频电源的控制效果,结果表明PSFM控制策略的合理性和有效性。最后,本文将PSFM移植到高频电源控制系统中,完成了对电源输出电压的精准控制,其可行性推动了PSFM控制策略在实际工程中的运用。通过与企业的合作,本文设计的高频静电除尘电源设备已通过了现场带负载试验,并得到了电源系统相关参数的实验波形。实验结果表明了电源系统的各方面性能均达到了设计指标的要求,证明本文所研究内容的实用性和合理性。
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【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X701.2;TP273

【参考文献】