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Buck型交流斩波调压器研究

作　者: 杨阳
导　师: 赖晓阳；唐厚君
学　校: 上海交通大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 交流Buck电路斩波调压器平均电流值控制频率校正
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

交流斩波调压器是一种交流电转化成另一种交流电的变流装置。通过改变交流电幅值,实现向交流供电负载供电电或者同交流电网并网。它作为电力电子技术领域一个非常重要的组成部分一直受到人们的广泛关注。通过采用双向功率开关,借鉴简单实用的DC/DC拓扑结构,可以实现交流双向功率变换。本文以Buck型交流斩波变换器为例,讨论了双向功率开关拓扑的变化及适用场合,分析了该型斩波器稳态下的工作原理,对双向开关管的换流给出了解决方案,进而对电路的总体结构参数设计提出了相应的规则。深入理论研究过程中,该型斩波器采用开关周期平均的方式,对此建立起了比较精确的等效电路模型和交流小信号模型,并在这些模型的基础上给出了系统的关键变量之间的传递函数模型。在控制方式选择上采用了平均电流值控制,在内环采用电流控制,外环采用电压控制,并采用频率域Bode图校正的方式给出了频率补偿校正的过程,解决了双环参数的设计难题。结合所设计的参数利用matlab simulink工具建立了整个斩波器的仿真模型,仿真实验表明,所选用的补偿装置参数是合理的,并且利用仿真建立了输入滤波器和输入电流谐波畸变率之间的关系。并利用仿真结果给出了输入滤波器的设计参数。仿真的结果充分地支持了实验样机的硬件设计,最后以TI DSP F2812芯片为核心实现对整个斩波装置的程序控制。通过样机试验结果表明,Buck型交流斩波变换器硬件结构简单,容易实现;软件实用可靠性强,最终的输出电压波形良好,精确度高。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
图录  9-11
表录  11-12
第一章绪论  12-18
  1.1 电力电子变换的基本类型  12-13
  1.2 课题研究背景  13-16
    1.2.1 交交变换器的类型  13-14
    1.2.2 国外研究历史概况  14-15
    1.2.3 国内研究概况  15-16
  1.3 课题研究意义  16-18
第二章交流斩波调压器拓扑及基本原理  18-36
  2.1 双向开关拓扑结构  18-19
  2.2 交流斩波调压器拓扑  19-24
    2.2.1 晶闸管相控AC/AC 变换器  19-20
    2.2.2 矩阵AC/AC 变换器  20-21
    2.2.3 脉宽调制AC/AC 斩波器  21
    2.2.4 脉宽调制带低频隔离型AC/AC 斩波器  21-22
    2.2.5 高频隔离型AC/AC 变换器  22-23
    2.2.6 多电平AC/AC 变换器  23
    2.2.7 Z 源AC/AC 斩波器  23-24
  2.3 单相Buck 型交流斩波调压电路的基本原理  24-27
    2.3.1 单相Buck 型交流斩波调压电路的稳态工作原理  24-27
  2.4 双向开关换流分析  27-31
    2.4.2 重叠四步换流法  27-29
    2.4.3 简易换流法  29-31
  2.5 Buck 型交流调压电路硬件参数设计  31-35
    2.5.1 开关拓扑选择  31
    2.5.2 开关频率选择  31
    2.5.3 输出滤波器设计  31-34
    2.5.4 输入滤波器的设计  34-35
    2.5.5 主电路设计  35
  2.6 本章小结  35-36
第三章单相交流Buck 电路数学模型的建立  36-56
  3.1 单相Buck 型交流斩波调压器的数学模型  36-41
  3.2 单相Buck 型交流斩波调压器的控制模型  41-55
    3.2.1 平均值电流控制技术  41-42
    3.2.2 PWM 调制器模型  42-44
    3.2.3 交流小信号电路模型  44-46
    3.2.4 电流内环设计  46-53
    3.2.5 电压外环设计  53-55
  3.3 本章小结  55-56
第四章系统仿真分析及硬件设计  56-73
  4.1 基于平均值电流控制的闭环系统仿真  56-60
    4.1.1 输出结果以及分析  57-58
    4.1.2 电感电流以及开关管电压应力  58-59
    4.1.3 输入电流分析  59-60
  4.2 系统硬件结构设计  60-67
    4.2.1 硬件主要指标  60-61
    4.2.2 系统总体结构框架  61
    4.2.3 电压采集电路  61-63
    4.2.4 电流采集电路  63
    4.2.5 保护电路  63-64
    4.2.6 开关管驱动电路  64-67
  4.3 系统软件设计  67-72
    4.3.1 编程芯片简介  67-69
    4.3.2 编程环境概述  69
    4.3.3 程序设计方法  69-71
    4.3.4 关键部分程序流程图  71-72
  4.4 本章小结  72-73
第五章系统测试及分析  73-79
  5.1 系统开环实验  73-74
  5.2 系统闭环测试  74-75
  5.3 系统传输效率测试  75-77
  5.4 系统闭环特性  77
  5.5 本章小结  77-79
第六章全文总结及展望  79-81
  6.1 本文所完成的主要工作  79-80
  6.2 问题与展望  80-81
参考文献  81-84
附录  84-86
致谢  86-87
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  87-89

Buck型交流斩波调压器研究

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