等离子切割机半桥逆变电源的设计

相比全桥逆变式DC-DC变换器,半桥逆变式DC-DC变换器具有结构简单、控制方便和成本低廉的优点,适用于中小功率等离子切割机等应用场合。设计了一种采用半桥逆变式DC-DC变换器、短路引弧、闭环电流控制等特征的等离子切割机逆变电源,兼具有过热保护、过压保护和桥臂电压失衡保护功能,实现了输出电流在35 A~115 A之间连续可调的等离子切割机实物样机。切割工件实测结果表明,基于逆变电源等离子切割机的切割质量达到类激光水平。     

电流型控制半桥逆变器研究(I)--直流分压电容不均压问题

电流型控制半桥逆变器直流分压电容电压存在偏差,电容中点的电压偏移容易导致输出电压和电流波形的畸变,使电路性能恶化,甚至使系统失控.文中分析了电流型控制半桥逆变器分压电容不均压产生的原因,给出电容中点电压偏移的理论值,讨论了电容不均压问题对整个逆变器系统造成的影响.仿真和实验结果证实理论分析的正确性.由于该问题的存在,限制了电流型控制半桥逆变器的实用性.     

一种新型半桥逆变器电容均压控制策略

传统半桥逆变电路中直流分压电容存在电压偏差,会引起输出电压和电流波形畸变,电路性能恶化,甚至导致系统失控。本文在不改变电路结构的基础上,提出了基于调制波反馈控制的电容均压控制策略,仿真和实验结果验证了该控制方法的正确性,将该控制策略运用到EPS(EmergencyPowerSupply)系统中,有效地消除了直流分压电容电压偏差。     

输入串联输出并联的直流变换器控制策略研究

输入串联输出并联型直流变换器能降低开关管的开关应力,适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器的可靠工作,必须确保其输入分压电容均压和输出电流均流。文中首先从能量的角度出发,分析了输入串联输出并联型直流变换器的输入均压和输出均流之间的关系,指出输出均流控制不能保证输入均压,而输入均压控制可以确保输出均流;然后提出一种新的输入均压的控制方法,在保证输入均压和输出均流的同时,该方法可以实现输入电压的均压控制与输出电压的调节相解耦,有利于分别独立设计各个输入电容电压和输出电压的闭环控制,同时交错控制下的电流纹波抵消效应使输出滤波电容得到了减小;仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

等离子切割电流源平波电感直接储能控制研究

目前对于大功率等离子切割机。首选输出并联的Buck DC/DC变换器作为等离子切割电源,它具有电流精度高、稳定度好的特点。设计了一种独立直流电压供电、输出并联的两组Buek DC/DC直流电流源,每组DC/DC变换器连接成两级交错结构。给出了两级DC/DC变换器之间自动均流的移相驱动方式和平波电感直接储能闭环控制策略,并进行了基于Matlab/Simulink仿真分析和实验验证,实验装置的输入功率45 kW,支持输出直流电流260 A和输出电压150 V。结果表明,这种功率电路和控制策略使得电源系统响应加快,静态误差减少,有利于降低功率器件的开关损耗和分摊输出功率,提升输出功率等级,以此提高开关频率,从而降低平波电感尺寸,改善输出电流精度和提升稳定度。     

数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器研究

根据航空电源系统中AC-DC静止变流器的应用需要,设计了一套数字控制400Hz三相四线高功率因数PWM整流器系统。传统的直接电流控制方法由于被控量是交流信号,因而存在着相位静差问题,本文采用基于dq同步旋转坐标变换的空间矢量控制方法,实现了输入电流与输入电压间的相位无静差控制,实现了高功率因数目的;针对三相四线结构输出串联电容均压问题,本文提出了输出串联电容均压环与中线电流环串联的双闭环控制方法,实现了输出串联电容均压控制。最后在理论分析与仿真的基础上搭建了3kW原理样机,仿真和实验结果均验证了该系统控制方法的正确性与可行性。     

全数字半桥PWM整流器电容均压控制策略研究

在中小功率应用场合,半桥电路由于其结构简单,功率器件少,能量可以双向流动等优点,在工业领域得到了广泛应用。但半桥PWM整流器存在直流分压电容不均压问题,这种偏差会使电压中点漂移,导致输出电压和电流波形畸变,使电路性能恶化,甚至导致系统失控。分析了半桥PWM整流器分压电容不均压的产生原因,给出了电容中点电压偏移的理论值,研究了附加均压环式控制方案和双电压环式两种均压方案,最后通过实验验证了两种方案的可行性。     

电流型控制半桥逆变器直流分压电容电压偏差前馈控制技术

电流型控制半桥逆变器直流分压电容电压存在偏差,电容中点的电压偏移容易导致系统失控。文中分析了电流型控制半桥逆变器分压电容不均压产生的原因,并给出了电容中点电压偏移的理论值;针对电压电流双闭环瞬时值控制半桥逆变器,提出了电容电压偏差前馈控制方案。仿真和实验结果验证了采用该技术后,分压电容的直流偏差被消除,半桥逆变电路在各种情况下都可以正常工作。该方法为电流型控制半桥逆变电路的实用创造了条件,同样可应用于电流型控制半桥直／直变换器和直／交变换器。     

三相四开关并联有源电力滤波器的控制方法

在详细分析一种基于四开关逆变器的三相四开关并联有源滤波器(TFSSAPF)的拓扑结构和工作原理的基础上,采用控制TFSSAPF输出电流有功分量的方法,以稳定直流侧电容总电压,提出在TFSSAPF的c相输出电流指令值上叠加直流侧电容均压控制量的方法,实现直流侧电容电压均衡。针对TFSSAPF的结构,提出采用相电流作为指令电流的SPWM电流调制算法,并综合输出电流和直流侧电容电压控制目标,提出适用于TFSSAPF的控制方法。样机实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

交错串联-并联双管正激变换器的一种均压方法

分析了交错控制输入串联输出并联组合式双管正激变换器输入端不均压现象及其起因。在此基础上提出新的控制策略。采样输入端串联分压电容电压的偏差,分时叠加于两交错串联模块主开关管的瞬时电流采样信号,应用峰值电流控制原理,直接调节两主开关管的占空比,实现其输入端功率均衡及均压。仅用一个交错PWM控制芯片和一个电压调节器,就可以同时实现对该组合式变换器的交错PWM、输出稳压和输入均压的综合控制,无需额外的同步电路和均压控制器。1 kW样机的仿真和实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

采用H桥级联拓扑结构的大容量异步发电机静止励磁控制方法

针对大容量12/3相双绕组异步发电机的励磁控制要求,选用级联式2单元拓扑结构,提出了一种dq坐标系下的励磁控制方法。所提出的微调d分量对级联式无功补偿装置直流侧电容电压进行均压控制的方法可在不影响总输出电流的同时,对直流侧电容电压进行均压,相对于传统的移相均压控制方法,该方法实现了均压控制与励磁电流的完全解耦。理论分析和仿真结果验证了所提出方法的正确性。     

单周控制下三相四线制PFC整流器输出电压不均匀原因分析及均压数字控制方法

为解决三相四线制PFC整流器直流侧两输出电容电压不平衡对后级变换器带来的不利影响,本文重点推导出了电压不均衡的原因,在传统的单周控制基础上提出一种改进的数字控制方法用来解决输出电容电压不平衡问题。对输出端两电容分别应用霍尔器件进行采样,将采样值输入到DSP中,由数字控制芯片进行处理,将处理后的均压结果加入到单周控制环节中,实现输出电容的均压控制。最后在数字控制平台上搭建了3k V·A原理样机,通过Matlab仿真和实验验证了改进的控制策略的正确性和可行性,表明系统能满足稳定性与快速跟踪性要求。     

一种适用于高压输出的软开关多谐振直流变流器

将倍压整流技术和LLC多谐振变流器结合起来,构造出倍压整流LLC多谐振变流器.该变流器的变压器结构简单,副边只需要一个绕组;输出电容电压应力是输出电压的一半,无需额外的均压电路;只需要两个整流二极管,二极管的电压应力等于输出电压,电流应力等于输出电流,所以该变流器非常适合用于高压输出中小功率的DC/DC电源.另外,该变流器的所有功率半导体器件都工作于软开关状态,所以适用于高频高功率密度的场合.详细分析了该变流器的工作原理,软开关过程,输出电容的自动均压机理,并给出了关键的参数设计方法,采用该变流器技术的500V输出直流电源的实验结果验证了以上分析的正确性,满载效率达92.3%.     

输入串联输出并联DC/AC逆变器系统的控制策略

输入串联输出并联逆变器系统适用于输入电压高、输出电流大的直流/交流变换场合,要保证该逆变器系统正常工作,就必须保证输入电压均压与输出电流均流。提出一种采用负载电流反馈的输入均压输出均流控制策略,该控制策略根据各模块间的输入电压偏差直接调节各模块的输出电流幅值,使输入电压高的模块输出电流增大,输入电压低的模块输出电流减小,从而实现输入均压。与采用输出滤波电感电流反馈的方法相比,采用负载电流反馈时,即使输出滤波电容不匹配,也不影响输出均流效果。同时,还分析输入均压环与系统输出电压环的关系,给出输入均压环和系统输出电压环的设计准则。最后以一台由2个模块组成的输入串联输出并联逆变器原理样机验证该控制策略的有效性以及环路设计的正确性。     

串-并组合式正激变换器的均压控制

对串-并组合式双管正激变换器的输入端电压不均的问题提出了一种新的控制电路。采样输入端串联分压电容上的电压偏差信号,并把它分时叠加于两交错串联模块主开关管的瞬时电流采样信号上,应用峰值电流控制原理,直接调节两主开关管的占空比,实现其输入端功率均衡及均压。仅用一个交错PWM控制芯片和一个电压调节器,就可以同时实现对该组合式变换器的交错PWM、输出稳压和输入均压的综合控制,结构简单、控制方便。500W样机的实验结果验证了该方法的有效性和可行性。     

一种具有自动均压均流特性的组合式LLC谐振变换器

提出一种具有自动均压和均流特性的组合式LLC谐振变换器。该变换器拓扑基于多个LLC模块的ISOP结构,通过在变换器前级开关电容网络中加入飞跨电容实现各串联模块输入端电压的均衡,在不同模块的谐振槽中串联耦合电感实现各模块电流的均衡。该拓扑保持了传统LLC谐振变换器的高效率、软开关和低电磁干扰(EMI)等优良特性,且具有控制简单、系统可靠性高等优点,非常适用于高降压比、大功率输出场合。以两个LLC模块的组合式变换器为例,对该拓扑的均压和均流原理进行详细分析。最后,通过一台输入400~550V、输出48V/24A的实验室样机,对该拓扑的均压和均流效果进行实验验证。     

基于灰色预测和重复控制的两电平单相功率因数校正器的研究

采用GM（1,1）模型设计了一种灰色预测,能准确地预测下一开关周期中所需电量,包括交流输入电压、直流输出电压、升压电感电流、升压电感电流偏差和直流输出电压偏差,实现精确控制。将采用开关周期的电压偏差和电流偏差分别与预测电流偏差和输出直流电压偏差相加,实施重复控制,消弱静差和改善动态特性。制订了基于灰色预测和重复控制的两电平功率因数校正的综合控制策略,并进行了试验研究,试验证明了所提方案的正确性。     

输入并联输出串联变换器系统的控制策略

将多个直流变换器模块在输入侧并联和输出侧串联,得到输入并联输出串联直流变换器,它可以降低开关管的电流应力和输出整流二极管的电压应力,适用于高输出电压、大功率的场合.为了保证该变换器的可靠工作,必须确保各模块的输出电压均衡.本文从能量守恒的角度出发,揭示了该变换器中各模块的输出均压和输入均流之间的关系,指出可以直接控制各模块的输出电压以使它们均衡,也可以采用输入均流控制来实现输出均压.提出一种新的输出均压的控制方法,它对系统输出电压控制闭环没有影响.同时采用交错控制,可以有效减小输入滤波电容和输出电容.论文最后给出了仿真和实验结果,验证了该方法的有效性.     

级联型电力电子变压器并联运行的改进下垂控制策略

为了提升级联型电力电子变压器并联运行时的稳态和动态性能,在传统下垂控制的基础上提出了一种改进下垂控制策略。首先,建立传统下垂控制的并联系统等效电路,研究其存在电压控制偏差较大、均流控制精度不高且动态特性较差等问题的原因;然后,通过闭环控制实现对输出电压控制偏差的补偿,推导负载电流与移相角的函数后对其泰勒级数展开式进行线性化处理,并将处理结果作为电流前馈的系数,提升稳态时电压控制的精准度、电流控制的均衡度以及动态时的快速调节能力;最后利用公共直流母线电压取代各自采样的输出电压作为控制反馈值,降低了线路阻抗对电流均衡度的影响。通过一套3台电力电子变压器组成的并联系统进行验证,实验结果表明:该改进下垂控制策略可将并联系统的功率离散度降低至0.18%,直流电压控制偏差降低至0.2 V,验证了工程应用的有效性、可行性和实用性。     

一种用于燃料电池DC-AC变换器的设计与分析

在能源和环境问题日益严峻的形势下,燃料电池以其高效、清洁等优势,必将作为一种重要的绿色能源而得到广泛应用。基于燃料电池的应用前景,设计了一个DC-AC变换器,把燃料电池组输出的40V左右的不稳定直流电压转换成220V/50 Hz的稳定交流电压。逆变器前端DC-DC部分采用了单周期双环控制的Boost级联电路,DC-AC部分采用了电压-电容电流反馈双环控制的单相全桥逆变电路。通过对各部分的分析和仿真,验证了控制策略的正确性和可行性。