机车电源测试用交流并网型直流电子负载的研究

讨论了由移相全桥和全桥逆变器为主要拓扑结构的能量回馈型直流电子负载的工作原理及其控制策略。为了电子负载整机效率前级电子负载的模拟采用移相全桥拓扑结构,后级逆变采用H桥结构实现交流并网。在控制策略上移相全桥采用电流-电流双闭环的控制方式,对并网逆变器采用新颖的电压外环、单极性单周期电流内环的控制策略。最后利用Matlab软件对上述的控制策略进行仿真验证,仿真表明该种控制策略是可行的,并且能够获得良好的跟踪、抗干扰等性能。最后,小功率实验验证了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

25kV高精度直流负高压源设计

介绍了一种用于工业分析的高精度直流负高压电源,电源输出电压25 kV,最大输出电流100 mA。电源通过BOOST电路校正功率因数和调节电压,用移相全桥把直流电逆变成高频方波,然后经高频变压器升压后倍压整流得到直流高压。用特殊材料和工艺设计制作的高频高压变压器解决了分布参数影响和绝缘耐压等难题,满足了高频高压和大功率输出的需要。实验运行表明:该装置输入功率因数高、输出电压稳定、纹波系数小。     

基于全桥PFC高功率因数软开关电源的研究

针对开关电源对电网造成的"污染"和开关损耗情况,设计了一种单位功率因数软开关功能的高频整流器。基于UC2854的高功率因数校正电路使其功率因数接近1,基于UC28950的移相全桥实现ZVS。前级升压斩波电路为后级提供合适的母线电压,通过控制输出电容电压和输入电感电流使电流波形接近正弦波;后级移相全桥电路,采用基于UC28950输出电压外环、滤波电感电流内环控制结构。仿真和试验相结合论证了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

能馈型双PWM变换器交流电子负载研究

采用双PWM变换器设计了一种能馈型交流电子负载,前级PWM变换器实现负载特性模拟功能,设计了单电流滞环控制系统,可以使电子负载对交流电源呈现的阻抗为设定值;后级PWM变换器实现能量回馈功能,设计了并网逆变器的电压、电流双闭环控制系统,其中外环为直流电压控制,控制并网逆变器直流输入端电压稳定,内环为并网电流控制,控制并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相,实现单位功率因数逆变。实验结果表明,所设计的单电流环控制系统和电压、电流双闭环控制方法是有效的,输入端能准确地模拟设定阻抗值且实验能量以单位功率因数回馈电网。     

能馈型双PWM变换器交流电子负载研究

采用双PWM变换器设计了一种能馈型交流电子负载,前级PWM变换器实现负载特性模拟功能,设计了单电流滞环控制系统,可以使电子负载对交流电源呈现的阻抗为设定值;后级PWM变换器实现能量回馈功能,设计了并网逆变器的电压,电流双闭环控制系统,其中外环为直流电压控制,控制并网逆变器直流输入端电压稳定,内环为并网电流控制,控制并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相,实现单位功率因数逆变.实验结果表明,所设计的单电流环控制系统和电压、电流双闭环控制方法是有效的,输入端能准确地模拟设定阻抗值且实验能量以单位功率因数回馈电网.     

大功率交流电子负载的研究

对大功率能量回馈式单相交流电子负载进行了深入研究,包括其主电路结构和控制方法。主电路采用AC／DC／AC结构,并用电压型PWM整流器构成其输入、输出变流器。给出了输入、输出变流器的控制策略。为了提高电子负载的动态响应性能,采用滞环电流控制技术作为控制方式,并采用数值算法计算参考电流。用PSCAD／EMTDC软件对所提出的电子负载进行了仿真并研制了试验样机。仿真和实验结果表明,所提出的电流算法及控制方法是有效的,实现了电子负载的恒定阻抗工作方式,输入端能准确模拟设定阻抗值且试验能量以单位功率因数回馈电网。     

电气化铁路接触网直流融冰技术及装置研制

铁路牵引网覆冰会严重影响铁路干线的正常运行,本文阐述了接触网融冰的特点,论述了融冰电流、电压随距离和覆冰厚度的调节方法,提出了新型功率单元斩波级联全控整流融冰电路拓扑,推出了该融冰装置的并联输入串联输出(IPOC)等效电路。分析了输入侧多重整流控制的方式,对四象限错相整流的输入谐波及功率因数控制进行了探讨,提出了级联功率单元的斩波错相输出控制方法,分析了电路的工作状态。研究了级联功率单元的均压控制原则以及斩波输出占空比与电容电压的关系,并进行了仿真研究。在此基础上设计了大功率实验样机,通过电压差回馈法进行了全功率试验。结果表明,该融冰电路输出电压稳定、输入谐波含量低,对电网影响小,可有效应用到工程实践。     

直流数字稳压电源的开发

常见电源的输入电压为交流市电220 VAC,输出电压在1 V~300 V范围内可实现连续调节。为开发高功率密度高功率因数高效率的直流数字稳压电源,以APFC作为输入级以全桥变换器作为主功率变换拓扑、以C2000系列微控制器TMS320F28027作为主控芯片、以基于峰值电流模式的移相控制作为控制策略研发直流数字电源。最终制作了一台实验样机,测试并验证了可行性。     

基于双PWM变换器的交流电子负载研究

为节省能源和简化电源设备测试的投入,研究了一种结构简单、可测试交流电能装置各种电特性并将试验电能回馈至电网的交流电子负载。根据其主电路的两级AC/DC/AC变换结构,分析了起传递能量桥梁作用的直流母线电容工作和谐波产生机理,提出了将两级PWM变换器分开控制的方案即前级变换器采用固定开关频率的单P环直接电流控制,后级变换器采用三角波调制的经典电压外环和电流内环的双闭环结构。基于32位定点TMS320F2812DSP控制器设计控制系统,实现了上述设计方案并应用于小功率交流电子负载实验样机。实验论证表明,该方案控制简单易行,可以实现对单相测试电源的阻抗特性精确模拟,同时完成功率因数接近于1的有源逆变,将测试电源电能回馈电网。     

基于DSP和LabVIEW的能量回馈电子负载的研究

传统回馈电子负载回馈到电网时存在电流谐波大、功率因数低以及对电网产生污染等缺点,限制了它的推广应用。为了解决传统回馈电子负载的弊端,介绍一种新型的DC-AC（直流到交流）能量回馈电子负载,利用DC-DC（直流到直流）回馈的原理解决传统回馈电子负载对电网谐波污染大的问题,把无污染的电能回收再利用。系统由AC能量补给、逆变、拉载、升压以及上位机控制等部分组成。系统采用LabVIEW做上位机控制以及显示。通过对华为生产的PSU4850通信电源作为负载的实验测试表明设计是成功的。     

低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压,进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了此变换器的可行性。     

高增益电流型直流升压变换器研究

本变换器作为能馈电子负载的第一级,需要满足低压大电流输入、高增益,同时输入电流纹波小的要求,为此本设计采用高增益电流型直流升压变换器-级联升压Boost变换器。交错并联输入可以有效减小输入电流纹波,两级Boost级联可以方便提高升压比。文中给出了变换器中电感的设计、开关管的选择、输入电流闭环的设计,以及同步整流技术在该变换器中的应用。最后设计制作了一台3.3 V输入、48 V输出、330 W试验样机,试验结果满足能馈电子负载的要求。     

一种新型双向DC/DC变换器的研究

针对电动车辆的车载电源设计了一种新型双向DC/DC变换器,降压采用移相全桥式ZVS-PWM功率变换,升压采用一种基于同步整流技术的DC/DCBoost功率变换。针对升压电路容易产生偏磁的问题,在线路设计过程中采用在变压器次级(高压侧)加隔直电容和采用电流控制方式来解决升压电路的偏磁问题。在此基础上研制出一台实验样机,测得的实验波形验证了该拓扑结构的可行性。     

两种移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器比较研究

新颖的全桥式高频环节AC/AC变换器,由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成,包括全桥全波式和全桥桥式拓扑.对双极性、单极性移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和原理试验等进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论.相对于双极性移相控制AC/AC变换器,单极性移相控制AC/AC变换器获得了更优的综合性能.移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器,为实现新型的、中大容量的正弦交流稳压器、电子变压器和交流调压器奠定了关键技术基础.     

Frequency and Current Ripple of DC to DC Power Converters with Respect to Different Modulation Techniques

In connection with dc choppers, different modulation techniques are used. The chopper may be of a transistor bridge type or of any thyristor type. The output current and voltage can be controlled by pulsewidth modulation, pulse-frequency modulation, or two-level control of the load current. The steady-state behavior of the different modulation techniques is shown in comparable equations and diagrams. Also shown are the ranges of the parameters in which it is possible to use the approximate equations for the chopper frequency and the output current ripple.     

A single-phase PWM current source type converter coupled with an ac chopper

A current source type converter can easily generate a sinusoidal current on the ac side by employing a PWM strategy. In the converter system for a single-phase supply, however, the dc current pulsates because the dc output voltage of the converter contains an ac component with twice the ac supply frequency. The dc current pulsations cause the ac current waveform to be distorted. Although the use of a dc reactor with large inductance reduces the dc current pulsations, the size and the weight of converter equipment including a dc reactor is large. Two-phase rectification using two full-bridge converters and a converter system with an ac chopper circuit has been proposed for elimination of the dc pulsations. In these converters, the number of switching devices comprising the circuit will unavoidably increase. To solve this problem, we propose a novel single-phase current source type converter coupled with an ac chopper circuit and the PWM method. In this circuit, two switching devices in the main bridge are used to form an ac chopper bridge with two added devices and a capacitor. This paper gives the experimental and theoretical waveforms and the steady-state characteristics. The results prove that a smooth dc current and a sinusoidal ac current are obtained, and that a great reduction of the dc inductance can be achieved by using the proposed converter. © 1998 Scripta Technica. Electr Eng Jpn, 123(3): 36–45, 1998     

A novel three‐phase converter using a three‐phase series chopper

This paper proposes a novel three‐phase converter using a three‐phase series chopper. The proposed circuit is composed of three switching devices, three‐phase diode bridge, input reactors, and LC low‐pass filter. In the conventional circuit, which combines three‐phase diode bridge and boost voltage chopper, to obtain sinusoidal input current the output voltage must be two or three times larger than the maximum input line voltage. However, in the proposed circuit, the input current can be controlled to be sinusoidal also when the output voltage is the same as the maximum input line voltage. This can be achieved because in the proposed circuit the discharging current of the reactors does not flow through the voltage source. The control method of the proposed circuit is as simple as that of the conventional circuit since all three switching devices are simultaneously turned on and off. This paper discusses the theoretical analysis and the design of the proposed circuit. In addition, simulation and experimental results are reported. The proposed circuit has obtained a 93% efficiency, and 99.7% at 1.3kW load as the input power factor. © 2000 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 132(4): 79–88, 2000     

双向直流变换器控制方法

双向直流变换器配合蓄电池或超级电容等化学储能元件应用在具有直流母线支撑的系统中时,其主要控制目标为结合储能元件的荷电状态实现负载的稳定工作。当负载功率大于主供电功率时,控制储能元件释放能量以满足负载功率需求;当负载功率小于主供电功率时,控制储能元件吸收能量以避免母线电压上升。归纳和总结了现有的双向控制方法,详细分析了储能系统中变换器两端均为直流源的应用场合时双向直流变换器的双向切换原理,重点研究了采用带有方向信息的电感电流平均值作为电流内环、直流母线电压作为电压外环的双向控制方法。针对该控制方法中存在的母线电压波动和电池频繁充放电的问题,阐述了相应的优化措施。     

基于TMS320F28027的数字控制移相全桥DC/DC变换器设计

采用数字控制是未来电源的发展趋势。利用TI公司数字电源控制芯片TMS320F28027,设计了采用峰值电流控制的移相全桥零电压DC/DC变换器。采用原边加入钳位二极管和谐振电感的移相全桥主电路,简述了其抑制输出整流管电压尖峰的工作原理。在Matlab/Simulink环境下对建立的峰值电流模式控制系统模型进行了仿真,并设计了一台1.2kW的样机。仿真和实验结果表明,电源设计方案可行。     

基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器设计

针对输入电压波动导致大功率超级电容充电装置输出范围窄、控制精度不高的问题,研究了一种基于超级电容的宽输入范围DC/DC变换器。该变换器采用Buck-移相全桥变换器的两级变换,同时具备宽电压调节范围和负载移相全桥变换器软开关的特点。通过分析超级电容的等效电路模型,对直流母线电压控制提出了基于功率环的电压电流双环控制方法,可以快速跟随输入电压变化,保持母线电流平稳,并在Matlab/Simulink平台上搭建仿真模型进行分析。最后,通过在白俄罗斯明斯克公交系统300 kW充电桩上的应用,验证了该设计的可行性。