基于PWM控制连续可调电感电路的设计与研究

论文摘要

本论文根据电力工业对连续可调电感的需求以及目前改变电感的主要实现方法的优缺点,提出了一种基于脉宽调制技术(Pulse Width Modulation,PWM)使用变压器、电抗器、绝缘栅型双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)构成连续可调电感的电路设计。根据电路结构详细论证了等效电感与其他相关电路参数的制约关系,电路参数的选取经过的理论计算,采用MATLAB 7.1仿真软件进行仿真实验表明该电路设计仿真结果与理论计算一致。根据IGBT的原理及保护要求选取EXB841驱动芯片设计并制造了驱动电路和保护电路。结合电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)技术使用硬件描述语言对复杂可编程逻辑器件(Complicated Programming Logic Device,CPLD)进行编程设计构成脉冲发生器电路。使用电量隔离传感器作为电流数据采集装置,选取恰当电感、电容搭建实验电路进行多组电路试验。试验数据与理论计算结果基本相符,试验结果很好的证明了该电路设计合理性与应用的可行性。该电路设计可以实现连续大范围电感调节。电网侧的感性电流具有很好的正弦特性,并且基本不产生谐波污染,克服以往调节电感装置反应速度慢、调感连续性不好、调节电感范围小、电网侧电流正弦特性差、有谐波污染和调节电感设备复杂等缺点。相对于以往的调节电感装置该电路结构具有结构简单、响应速度快、调感范围大等优点,完全满足电力工业中对大范围连续可调电感的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与实际意义
• 1.1.1 电能质量问题概述
• 1.1.2 电能质量控制技术及其现状
• 1.1.3 柔性交流输电系统
• 1.2 电感设备在电力工业的主要应用
• 1.3 现阶段改变电感的主要实现方式
• 1.3.1 改变电感线圈中的铁心间隙
• 1.3.2 调整并联电抗器数量
• 1.3.3 可调消弧线圈
• 1.3.4 同步调相机
• 1.3.5 静止无功补偿装置
• 1.4 本课题研究的意义与内容
• 第2章 调节电感原理
• 2.1 调节电感电路基本原理
• 2.1.1 基本电路设计
• 2.1.2 等效电感的计算
• 2.1.3 续流电容电压波动
• 2.2 电路设计中所要注意问题
• 2.3 本章小结
• 第3章 仿真试验
• 3.1 仿真电路设计
• 3.1.1 IGBT 组成开关
• 3.1.2 开关频率与续流电容选取
• 3.1.3 仿真分析
• 3.2 仿真实验数据与分析
• 3.2.1 仿真试验数据
• 3.2.2 数据结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 IGBT 开关及驱动保护电路
• 4.1 IGBT 组成开关
• 4.1.1 IGBT 简介
• 4.1.2 IGBT 结构
• 4.1.3 IGBT 工作原理
• 4.1.4 IGBT 驱动
• 4.2 IGBT 保护
• 4.2.1 过电压保护
• 4.2.2 过电流保护
• 4.2.3 du/dt 保护
• 4.2.4 短路保护
• 4.2.5 过热保护
• 4.3 IGBT 驱动与保护芯片
• 4.3.1 EXB841 驱动芯片结构
• 4.3.2 芯片工作原理与外围电路
• 4.3.3 注意事项
• 4.4 本章小结
• 第5章 电路实验与数据分析
• 5.1 实验主电路搭建
• 5.1.1 脉冲发生器与开关控制
• 5.1.2 实验用电感与电容
• 5.1.3 数据采集装置
• 5.2 实验数据与结果分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢