基于交流斩波拓扑的道路照明节能系统设计

论文摘要

近年来,我国的路灯建设取得了飞速发展,道路照明质量不断提高,对改善我国的投资环境,促进经济快速发展,方便群众生活和作为一个外向型现代化城市的建设起了很大的作用,但是伴随而来的是能耗的大幅度提高,使电力耗费成为负担。因此,在全球都提倡绿色照明的时代,路灯的节能必然成为一种趋势。本文在分析了国内外道路照明节电的现状及研究意义的基础上,用实际数据分析了路灯降压节能的可行性,比较了目前各种降压节能方式的优缺点,提出了一种基于交流斩波结构的调压控制器附加串联变压器的新型节能方式,克服了现有节能技术的缺点,实现了无级无触点降压节能。由于核心装置为交流斩波调压控制器,因此本文首先详细论述了IGBT斩波调压控制的工作原理及调压控制策略,在经过大量仿真验证的基础上,设计了调压控制器的主电路、驱动保护电路、电压电流检测电路、滤波电路等硬件电路,其次采用美国Silicon laboratories公司的F310单片机作为控制器件,完成电压检测、数字PI调节、分时段调光控制等软件功能。最后,针对交流调压控制器的散热设计进行了分析,热试验结果证明了散热设计的可行性。本文提出的交流斩波调压控制器附加串联变压器的节能方式不但实现了无级无触点降压节能,并且输出电压为正弦波,不会对电网造成谐波污染,同时具有结构简单、交流调压控制器和串联变压器只承担需要调节部分的负载功率的优点。搭建实验样机对交流调压控制器进行负载测试,最终结果表明,课题达到了预期效果,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 交流斩波调压电路的工作原理与仿真
• 2.1 交流斩波调压原理
• 2.2 功率开关器件拓扑结构分析
• 2.3 开关控制策略的比较研究
• 2.4 交流斩波调压电路输出谐波分析
• 2.4.1 频率成分分析
• 2.4.2 谐波成分的频率
• 2.4.3 谐波成分与占空比之间的关系
• 2.5 滤波电路设计
• 2.6 仿真验证及结果分析
• 2.7 本章小结
• 3 路灯照明节能装置系统设计
• 3.1 系统的总体结构设计
• 3.2 硬件电路设计
• 3.2.1 主电路设计
• 3.2.2 检测及保护电路设计
• 3.2.3 系统电源的设计
• 3.2.4 IGBT驱动电路的设计
• 3.2.5 时钟模块设计
• 3.2.6 按键及显示电路设计
• 3.3 控制系统软件设计
• 3.3.1 路灯照明控制系统的总体设计
• 3.3.2 分时段调光控制策略
• 3.4 本章小结
• 4 实验样机制作与结果分析
• 4.1 实验样机制作
• 4.2 关键实验波形及分析
• 4.2.1 IGBT栅极驱动波形
• 4.2.2 输出电压波形及分析
• 4.3 实验数据分析
• 4.3.1 输出电压与占空比线性度测试
• 4.3.2 调压控制器效率测试
• 4.3.3 输出电压稳定性实验
• 4.4 散热设计及热试验分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.主电路原理图
• B.控制电路原理图
• C.按键及显示电路原理图
• D.样机实物照片
• 硕士期间成果