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交流斩波调压电源的研究与仿真

周士华  
【摘要】:随着社会经济的高速发展,电气设备的应用变得越来越广泛,人们对供电质量的要求也日益提高。晶闸管相控调压是现在应用最为广泛的交流调压方式,但是晶闸管相控调压的输出电压和输出电流中含有大量谐波,而且功率因数较低,已不能满足人们对高质量电源的要求。交流斩波调压采用高频斩波,有着谐波含量低、容易滤波等优点,具有良好的发展前景。目前国内研制的交流斩波调压电源功率较小,随着负载功率的逐渐增加,人们对大功率电源的需要也日益迫切。为了解决这个问题,本论文研究设计了一款功率30KW的大功率交流斩波调压电源。 首先,论文介绍了交流斩波调压的基本原理,选取单管反串联双向功率开关的拓扑结构为本论文设计的主电路拓扑结构。论文对几种常见的交流斩波控制策略进行了分析比较,利用仿真软件PSIM建立仿真模型,通过仿真实验验证了理论分析结果,确定不带电流检测的非互补控制策略作为本论文的控制策略。 其次,在对交流斩波调压的工作原理和控制策略深入研究的基础上,进行了系统硬件电路设计和系统软件设计。硬件电路设计主要包括主开关器件选型,滤波电路设计,缓冲电路设计、信号采集与调理电路设计、过流保护电路设计和IGBT驱动电路设计。并采用仿真软件PSIM对部分电路进行了仿真实验,通过对仿真实验结果进行分析,验证了设计电路的合理性。系统软件设计包括主程序设计、中断服务子程序设计、采样与A/D转换子程序设计和数字PI控制算法子程序设计。 最后,采用TMS320F2812作为核心控制器进行了样机实验,重点分析了IGBT栅极驱动脉冲信号波形、滤波前后的输出电压波形。样机试验结果表明本论文设计的交流斩波调压电源符合实际应用的要求,有很好的应用前景。


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