低压大功率变频电源研究与设计

作     者：杨林昌 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王剑

授予年度：2016年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：低压大功率 单极性移相控制 MATLAB仿真 辅助电源 DSP数字化控制 

摘      要：随着全球进入由工业3.0到工业4.0过渡的迅猛发展时机,变频电源特别是大功率变频电源迎来了前所有未的挑战和机遇。低压大功率变频电源由于能够输出低压大电流的特点在航空航天、电镀电焊等重工业领域具有广泛的应用,其相关技术的研究具有重要战略意义。本文围绕低压大功率变频电源的研究与设计展开讨论,通过对比各种拓扑结构,最终选择全桥全波式的结构作为低压大功率变频电源的主电路拓扑,全波结构周波变换器采用多个MOSFET并联进行同步整流,以容纳更大电流。本文详细介绍了单极性移相控制策略的开关模态和小信号特性,并分析了低压大功率变频电源设计中的关键问题。本文针对变频电源输出为12V/1000A的情况进行了仿真分析和硬件结构设计。本文基于MATLAB仿真软件,对整个系统进行仿真模块的搭建,并进行开环和闭环控制仿真。开环仿真对相关波形进行了详细分析,同时也为硬件参数的设计提供了参考和验证。闭环仿真设计介绍了单闭环和双闭环两种控制策略,并根据理论设计了相应的控制器,仿真结果验证了所设计控制器的正确性。本文从主电路、控制电路、辅助电源系统三个方面介绍了所设计低压大功率变频电源样机的硬件结构:主电路部分包括三相整流滤波电路、软启动电路、功率开关管设计、磁性器件设计几个方面;控制电路部分包括DSP核心处理器电路、驱动电路、信号检测与调理电路、过流保护电路几个方面;辅助电源部分介绍了两级级联结构多路输出开关电源的拓扑方案和硬件结构设计。最后基于设计本文搭建了12V/1000A变频电源实验平台,并进行相关的实验:辅助电源系统实验表明所设计的辅助电源具有良好的性能,可以为变频电源系统提供不同的电压需求;DSP数字化实现与实验表明DSP应用于变频电源中可以灵活的实现复杂的逻辑输出和控制;驱动电路实验验证了所设计驱动电路的正确性;系统控制策略实验验证了单极性移相控制策略的可行性和有效性。