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优质期刊推荐多级交错单相有源功率因数校正器的研究--《上海交通大学》2012年硕士论文
多级交错单相有源功率因数校正器的研究
【摘要】：随着传统能源危机与可持续发展问题的日益突出,在相关技术发展的推动下,电力电子技术得到了快速发展。越来越多的电力电子设备接入单相电网,提供直流输出电压或交流输出电压,获得了显著的经济效益和社会效益。但是其带来的网侧谐波电流污染问题也是比较严重的。特别是采用整流桥和电解电容作为前级电路的开关电源电路和交直交变频电路,对电网造成了严重的谐波电流污染。功率因数校正,特别是有源功率因数校正(APFC)技术已成为解决谐波电流污染的重要技术,采用模拟APFC专用控制芯片设计的APFC电路已经在工业中得到了广泛的应用,取得了良好的校正效果。不过随着单相设备的功率等级日趋增加,一些应用场合,例如大功率变频柜机空调,在额定输入电压供电下,输入电流已经接近50A,额定功率达到10kW。对模拟APFC专用控制芯片提出了新的更高的功率支持要求。此外,在谐波电流标准制定方面,以往的针对单相电流16A以下的谐波标准IEC已经不能满足要求,单相电流高于16A小于75A应该采用新的谐波电流标准IEC。为了迎合这一趋势,许多半导体公司相继开发出不同工作原理的多级交错APFC的模拟控制芯片,可以支持更高的输出功率,同时克服了大功率单级APFC的缺点,如功率器件选型、成本、在板安装、整机功耗、EMI抑制水平等方面的不足。多级交错APFC必须解决通道间均流问题,现有模拟控制芯片都采用了合适的均流策略,获得了良好的均流效果,当然也存在这许多值得继续研究的地方。
基于以上考虑,本论文从多级交错APFC的大功率化设计、均流策略、控制原理、电路工作特性研究、仿真实验分析等方面,对大功率APFC展开了深入的研究,具有理论意义和实际应用价值。主要研究工作如下:
(1)详细分析了多级交错APFC系统的组成部分,基于APFC的开环控制理论,建立了单相APFC的无需输出电压检测控制电路。指出APFC的控制本质,从中发现单相APFC为一种“准变换器”,因为理论上的在网压过零点附近占空比大于1,而其最大占空比也不能大于一个小于1的上限,该理论与单相电压源整流器VSR的工作原理相同;
(2)在分析单级APFC的电压与电流双闭环控制策略、电感电流合成原理、两级交错APFC中IGBT占空比与电感纹波电流的关系的基础上,设计了电压环和电流环,并采用MATLAB/SIMULINK进行了较为全面的仿真分析。最后基于TI公司推出的模拟控制器UCC28070,设计和实现了额定输出功率3kW,开关频率为35kHz,电感量为350μH的两级交错PFC。结果表明,采用双闭环控制、电流合成原理实现高性能和低成本的交错APFC是可行的,具有很好的纹波电流抑制效果和高性价比;
(3)在分析了交错APFC改进的单周期控制、四级交错APFC工作特性的基础上,采用两只RENESAS推出的模拟控制器R2A20104设计和实现了两级交错4kW、四级交错8kW的PFC。实验结果表明,四级交错PFC能够满足谐波电流限度标准,可以作为大功率家用空调、通讯电源等前级PFC的首选方案,具有功率器件电流应力成倍下降、网侧纹波电流抑制和高性价比的优点,而能够提高效率2%以上;
(4)根据四级交错功率因数校正器(PFC)功率电路拓扑结构,建立了电流连续模式(CCM)下变换器的EL(Euler-Lagrange)数学模型。证明了四级交错PFC的无源性,采用状态反馈和阻尼注入的方法设计了无源控制器。所提控制方案不需要比例积分环节,控制简单,对与输入电压,负载及系统元件参数的扰动具有较强的鲁棒性。特别在负载变化范围较宽的应用场合中,其电流的动态响应快速,输出直流电压保持不变,很好地实现了PFC的功率因数校正和直流恒压输出功能。采用无源控制策略的多级PFC具有非常好的均流效果。仿真结果证明了所提无源控制器性能优越、方法可行。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海交通大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TM46【目录】：
摘要6-9ABSTRACT9-14图录14-16表录16-17第一章 绪论17-30 1.1 单相有源功率因数校正技术研究背景17-21 1.2 单相有源功率因数校正技术发展现状21-27 1.3 单相有源功率因数校正技术发展趋势27-28 1.4 本课题研究的内容及意义28-30第二章 APFC 工作原理实质分析30-38 2.1 有源PFC 开环控制30-35
2.1.1 开环调制工作原理30-33
2.1.2 开环控制设计方案33-35 2.2 开环控制仿真分析35-38第三章 双闭环控制两级交错PFC38-60 3.1 有源PFC 功率电路建模38-41 3.2 双闭环控制两级交错PFC 工作原理41-45
3.2.1 双闭环控制原理41-43
3.2.2 电流合成原理43-44
3.2.3 电感纹波电流分析44-45 3.3 控制器设计及仿真分析45-53
3.3.1 电流内环控制系统设计45-48
3.3.2 电压外环控制系统设计48-50
3.3.3 仿真分析50-53 3.4 实验结果53-60
3.4.1 模拟控制器介绍53-56
3.4.2 实验结果分析56-60第四章 改进的单周期控制交错PFC60-81 4.1 单周期控制四级交错PFC60-64
4.1.1 单周期控制原理60-62
4.1.2 单周期控制四级交错PFC 仿真分析62-64 4.2 四级交错PFC 电流分析64-68
4.2.1 电感电流分析64-66
4.2.2 电解电容的纹波电流分析66-68 4.3 模拟控制四级交错APFC 的实现68-72
4.3.1 模拟控制器分析70-72 4.4 硬件电路设计72-78
4.4.1 功率电路设计72-74
4.4.2 控制电路设计74-78 4.5 实验结果与分析78-81第五章 无源控制四级交错PFC 的研究81-90 5.1 无源性的定义81-82 5.2 四级交错PFC 的E-L 模型82-83 5.3 无源控制器的设计83-86
5.3.1 无源性控制方法及系统无源性证明83-84
5.3.2 无源控制器设计84-85
5.3.3 在线辨识负载观测器的设计85-86 5.4 仿真分析86-90第六章 总结与展望90-92 6.1 论文工作总结90-91 6.2 展望91-92参考文献92-96附录1 两级交错APFC 电路板96附录2 两级交错APFC 控制板96-97附录3 四级交错APFC 电路板97-98致谢98-99攻读硕士学位期间已发表或录用的论文99
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直接甲醇燃料电池两相传质过程研究进展
为了揭示直接甲醇燃料电池两相流及其对电池性能的影响,从可视化研究和数学模型研究两方面综述了直接甲醇燃料电池中气、液两相流的研究进展.概述了阳极和阴极两相流研究,介绍了流场模型、扩散层模型、催化层模型及质子交换膜模型等数学模型.阴极进行可视化研究是必要的,数学模型与实验结合起来研究能更好地促进模型研究的发展.
Abstract：
The development of two-phase flow in DMFC from visualization study and mathematic model study was reviewed to reveal two-phase flow and its influence on the performance of direct methanol fuel cell (DMFC). The development of visualization was introduced from anode and cathode, while the modeling research from flow field model, diffusion layer model, catalyst layer model and proton exchange membrane model. The results show that the visualization study in cathode is necessary, and it can improve the model development when mathematic model is studied together with experiments .
ZHANG Cheng-jin
JU Jian-feng
NI Hong-jun
HUANG Ming-yu
作者单位：
南通大学机械工程学院,江苏,南通,226019
南通大学,化学化工学院,江苏,南通,226019
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单相有源PFC开环控制的研究
【摘要】：在单相有源PFC领域,截止目前,出现了多种控制方法,可以归类于开环控制和闭环控制,各有优缺点和所适用范围。在分析一种无需输出电压检测的单相PFC控制原理的基础上,提出和分析了一种只需检测整流桥后正弦半波电压和输出阻抗的开环控制策略,适合单级有源PFC和多级交错有源PFC,通过调节输出电压平均值与输入电压有效值之比,可以获得输出电压相对输入电压或输出功率的跟随特性,也可以维持输出电压平均值不变,在利用MATLAB/Simulink仿真分析后,基于DSPTMS320F28335设计了一种单相有源PFC的开环数字控制电路,建立实验平台进行实验测试。所得的仿真与实验结果符合相关的理论分析。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TM46【正文快照】：
0引言为降低电网谐波污染、保护电力设备安全,包括空调、冰箱在内的许多变频家电、通讯电源、照明电器等都需要采用一些新型电路拓扑、控制原理或者滤波技术,以保证网侧谐波电流符合标准[1-4]。有源功率因数校正技术(Power Factor Correction,PFC)可以使电器设备负载特性为纯
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