埋地钢质管道防腐数字高频恒电位仪的设计与研究

论文摘要

埋地钢质管道通常采用外加电流阴极保护来防止电化学反应的发生,以达到防止管道腐蚀的目的。恒电位仪是外加电流阴极保护系统的关键设备,其功能、性能和稳定可靠性很大程度决定了阴极保护的效果、恒电位的智能性和测量的准确度。本文运用电力电子等先进技术研究设计了数字高频恒电位仪,主控制器使用数字信号处理器TMS320F28015,主功率拓扑采用全桥DC/DC整流器,控制策略运用移相PWM方法。本文结合阴极保护电源恒电位仪的发展方向和先进阴极保护有效性评价的方法、标准,设计了恒电位仪的实现框图及各功能模块的实现的方法思路。首先论述了恒电位仪的软开关技术,包括实现ZVS开关的电路拓扑、控制策略、实现条件等,并针对实际运用中滞后桥臂难于实现ZVS的客观事实,通过添加辅助网络以实现滞后桥臂实现ZCS的目标。其次对高功率因素AC/DC整流器进行了研究,通过建立电压、电流双闭环的PFC控制器和主电路的数学模型和分析,给出了电压环PI参数的计算方法。用MATLAB工具搭建了仿真模型,通过电压外环采用PI控制、电流内环采用滞环控制方法,实现了功率校正,且功率因素达99%以上。然后设计实现了数字高频恒电位仪的硬件系统,包括DSP控制器、功率电路、防雷电路等,并完成的软件代码的编写。最后在实验室进行了模拟试验,能准确的采样参比电位、输出电流等信息,并能根据采样的参比电位值和设定值的差值来调节输出,实现恒电位的功能。并能实现自动通断功能等相关功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 外加电流阴极保护的工作原理
• 1.3 恒电位仪的发展
• 1.4 国内外发展研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容及工作
• 第二章 恒电位仪的整体方案
• 2.1 恒电位仪的主要技术指标
• 2.2 恒电位仪的系统实现框图
• 2.3 移相全桥变换器的软开关技术
• 2.3.1 DC/DC 移相全桥ZVS 技术
• 2.3.2 移相全桥ZVS 实现的条件
• 2.3.3 在副边加辅助网络实现ZVZCS
• 2.4 同步通断功能
• 2.4.1 密间隔电位与直流电位梯度法相结合的测试技术
• 2.4.2 恒电仪的同步通断功能
• 2.5 本章小结
• 第三章 高功率因数AC/DC 的仿真
• 3.1 单相全桥整流输入电流波形失真分析
• 3.2 连续传导模式（CCM）有源功率因素校正的方法
• 3.2.1 平均电流控制（ACMC）
• 3.2.2 峰值电流控制（PCMC）
• 3.2.3 滞环电流控制（HCC）
• 3.3 电压电流双环PFC 系统的数学模型
• 3.4 双闭环PFC 控制系统的仿真分析
• 3.4.1 设计要求
• 3.4.2 仿真参数选取
• 3.4.3 仿真模型及结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 数字高频恒电位仪的实现
• 4.1 主控制器电路的设计
• 4.1.1 主控制器TMS320F28015 的资源简介
• 4.1.2 TMS320F28015 的资源分配
• 4.1.3 主控制器最小系统
• 4.2 功率模块的设计实现
• 4.2.1 高频变压器的设计
• 4.2.2 滤波参数的计算
• 4.2.3 功率器件的选择
• 4.3 系统的软启动和自动通断功能的实现
• 4.4 辅助电路的设计
• 4.4.1 供电电源的设计
• 4.4.2 信号的采样处理
• 4.5 恒电位仪的防雷设计
• 4.5.1 雷电入侵恒电位仪的途径
• 4.5.2 恒电位仪的防雷设计
• 4.6 EMI 滤波器的选择
• 4.7 数字高频恒电位仪的软件设计
• 4.7.1 主循环流程图
• 4.7.2 自动模式程序流程图
• 4.7.3 移相PWM 产生
• 4.8 本章小结
• 第五章 实验测试结果
• 5.1 实验平台
• 5.2 实验测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 下一步工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果