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用于臭氧发生器的大功率电源研究与设计

作　者: 郭伟
导　师: 王伟
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 臭氧发生器 功率电源 逆变控制技术 Buck拓扑 PIC单片机
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


臭氧作为强氧化剂，广泛应用于食品消毒、污水治理、医疗卫生、环境治理和工业合成等诸多方面，随着现代技术的发展和人们对臭氧的进一步认识，臭氧会有更广泛的应用前景。然而我国在臭氧制备的技术方面还远远落后于其它发达国家，而作为臭氧发生器的电源最为关键，它的性能直接影响臭氧发生器的效率和产能。目前国内外大多数臭氧发生器设备生产商使用的电源多为工频升压电源或PWM脉宽调制硬开关电源。对于前者，电源体积庞大且笨重，热损耗严重，效率低下。对于后者，虽然采用高频或中频开关电源，降低了电源体积和重量，提高了效率，但由于开关管工作在硬开通和硬关断状态，存在开关损耗，随着频率的升高，开关损耗尤为突出，从而限制了开关电源频率的提高和影响电源效率。本文以产量为500克/小时的臭氧发生器为研究对象，根据臭氧发生器负载呈容性的特性，结合Buck调整器的PWM功率调节方式和SCR全桥谐振逆变器在谐振电流过零后自然关断特点构建了Buck拓扑SCR全桥谐振逆变电源的主电路模型。该电路利用Buck调整器的储能电感和臭氧发生器容性负载构成谐振电路为SCR全桥提供谐振条件，使SCR在谐振电流过零后自然关断，实现了SCR零电流关断的软开关控制。针对该电路模型提出了PWM恒频脉宽调功和变频调功两种控制策略。通过软件仿真分析验证了该电路软开关控制及两种控制策略实现的可行性。其中变频功率调节受到负载固有频率的限制，只能在频率低于负载固有频率的条件下实现功率调节。而采用恒频脉宽功率调节不受这一限制，且输出功率随着脉宽占空比的增加而呈线性增加。在控制电路设计中综合考虑了两种控制策略的特点。最后完成了产量为500克/小时的臭氧发生器原型样机的机械结构及主控电路软硬件设计。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章 绪论  13-23
  1.1 臭氧的性质及用途  13
  1.2 目前国内外臭氧制备的方法  13-15
  1.3 介质阻挡放电法制备臭氧现状  15-16
  1.4 大功率臭氧电源关键技术  16-20
    1.4.1 介质阻挡放电法负载特性  16-17
    1.4.2 电源的拓扑  17-19
    1.4.3 电源的频率  19
    1.4.4 功率变换技术  19-20
  1.5 选题的依据和主要任务  20-23
    1.5.1 选题依据  20-21
    1.5.2 主要任务  21-23
第二章 电源主电路模型构建与控制方法研究  23-47
  2.1 电源主电路模型构建  23-35
    2.1.1 臭氧发生器负载特性研究分析  23-26
    2.1.2 Buck 拓扑 SCR 全桥谐振逆变电源基本模型构建  26-29
    2.1.3 Buck 拓扑 SCR 全桥谐振逆变电源主电路时域分析  29-33
    2.1.4 软开关技术及其实现方法  33-35
  2.2 主电路控制策略  35-36
  2.3 仿真分析  36-47
    2.3.1 电源主电路仿真模型的建立  36-40
    2.3.2 软开关关断控制仿真分析  40-41
    2.3.3 控制策略仿真分析  41-45
    2.3.4 结论  45-47
第三章 臭氧发生器电源主电路及控制电路设计  47-65
  3.1 电源主电路设计  47-52
    3.1.1 电源指标和性能设计  47-48
    3.1.2 主电路主要参数设计  48-50
    3.1.3 变压器优化设计  50-52
  3.2 控制电路设计  52-61
    3.2.1 控制电路硬件设计  53-59
    3.2.2 控制电路软件设计  59-61
  3.3 辅助电路设计  61-65
    3.3.1 辅助电源设计  61-62
    3.3.2 IGBT 和续流二极管 VD1 吸收电路设计  62-65
第四章 臭氧发生器样机机械结构设计  65-71
  4.1 臭氧发生器机械结构选择  65
  4.2 介质材料选取  65-66
  4.3 发生器各单元尺寸选取  66-67
  4.4 臭氧发生器机械结构整体设计  67-71
第五章 总结及展望  71-73
  5.1 总结  71
  5.2 展望  71-73
参考文献  73-75
附录一 电源主电路图  75-76
附录二 控制电路图  76-77
致谢  77-78
研究成果及发表的学术论文  78-79
作者及导师简介  79-80
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  80-81

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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