DC_AC逆变器技术及其应用综述

DC_AC逆变器技术及其应用综述
DC_AC逆变器技术及其应用综述

文章编号:1004—289X(2004)06-0018-05

DC/AC逆变器技术及其应用综述

张友军

(苏州大学,江苏 苏州 215021)

摘 要:系统地论述了DC/AC逆变器技术的发展、现状与应用,并指明了它们的优缺点。高频环节逆变技术取代低频环节逆变技术是发展的必然趋势。

关键词:逆变器;拓扑;低频环节;高频环节

中图分类号:TM464 文献标识码:B

Summarization of DC/AC Inverter Technology and Applicat ion

ZH AN G You-j un

(Suzhou Universit y,Suzhou Jiangsu215021,China)

Abstract:T he development of DC/AC inverter technology and application is summarized in this paper and its character is showed in detail.It is inevitable for inverter to apply high frequency link technology instead of low fr equency link technology.

Key words:inverter;topology;low frequency link;high frequency link

1 引言

DC/AC逆变器是应用功率半导体器件,将直流电能转换成恒压恒频交流电能的一种静止变流装置,供交流负载用电或与交流电网并网发电。

随着石油、煤和天然气等主要能源的大量使用,新能源的开发和利用越来越得到人们的重视。利用新能源的关键技术-逆变技术能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其它新能源转化的电能变换成交流电能与电网并网发电。因此,逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。

2 低频环节逆变技术

传统的DC/AC逆变器采用低频环节逆变技术,主要有方波逆变器、阶梯波合成逆变器、正弦脉宽调制SPWM逆变器。

2.1 方波逆变器

方波逆变器主要有推挽式、全桥式电路结构。

推挽式方波逆变器由推挽逆变器、交流调压开关和输出滤波器构成,如图1(a)所示。推挽式方波逆变器主要是通过调节逆变器输出电压脉宽来实现调压功能的。一种调压方法是调节功率开关S1、S2驱动信号占空比,从而改变输出电压u AB即u CD的脉宽,如图1 (b)所示。但这种调压方法存在明显缺点,即感性负载储能回馈到电网时,变压器T副边绕组感应有阴影部分电压,这部分电压随感性负载电感分量加大而加宽,纯电感负载时有效脉宽调节范围为0~T s/4,而纯电阻负载时有效脉宽调节范围为0~T s/2。另一种调压方法是在变压器副边与输出交流滤波器之间加交流调压开关S3,调节功率开关S3驱动信号占空比,即可调节输出矩形波脉宽,交流开关将方波电压变成脉宽可调的矩形波电压。

桥式方波逆变器电路拓扑及其原理波形如图2所示。改变功率开关驱动信号相位,即可得到矩形波输出电压,调节A角可实现输出电压的稳定。

方波逆变器电路的特点为:

1)工频变压器体积、重量大,推挽式原边绕组利用率低,桥式绕组利用率高;

2)输出四阶交流滤波器体积、重量大,位于功率通道的L f1、C f1有较大的损耗;

3)对于电网电压和负载的波动,系统动态响应特性差;

图1

 推挽式逆变器电路拓扑及其原理波形

图2 桥式方波逆变器电路拓扑及其原理波形

4)变压器和输出滤波电感产生的音频噪音大;5)推挽式电路拓扑简洁,功率开关电压应力高(2U i ),适用于低输入电压逆变场合。桥式电路功率开关数多,开关电压应力低(U i ),适用于高输入电压逆变场合。

2.2 阶梯波合成逆变器

为了减小方波逆变器输出波形谐波含量,可采用DC/DC 变换器和阶梯波合成逆变器级联式电路结构,如图3(a)所示。阶梯波的阶高按正弦规律变化,如果每个周期阶梯波的阶梯数为2N ,则需要N 台单相逆变器或N /3台三相逆变器。每个单相功率电路相同,可采用推挽、桥式或三相桥式电路。大功率逆变器阶梯波合成常用的方法是移相迭加法,即将N 个依次相移

P /N 、

不同幅值的方波或矩形波迭加合成,最大限度地将某些低次谐波互相抵消,使合成波的谐波含量最小。因此,阶梯波合成逆变器又称为应用“谐波抵消”(Har-monic cancellation )的逆变器。

每相输出变压器变比和绕组的联接方式由“谐波抵消”理论确定,N =6时变压器绕组联接方式及阶梯波合成波形,如图3(b)、(c)所示。

阶梯波合成逆变器电路的特点为:

1)工频变压器体积、重量大,产生的音频噪音大;

2)输出电压谐波含量很小,输出交流滤波器体积、

重量小;

3)对于电网电压和负载的波动,系统动态响应特性好;

4)输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;

5)电路拓扑复杂,功率开关数目多;

6)逆变电路本身无调压功能,输出电压调节只能由前级DC/DC 变换器来实现;7)整机体积、重量仍较大。2.3 正弦脉宽调制SPWM 逆变器

将正弦波(调制波)与高频载波(三角波)相交生成的正弦脉宽调制信号用来控制驱动逆变桥功率开关,

便可得到脉宽宽度按正弦规律分布的SPWM 波u AB ,如图4所示。图4(b )为单极性正弦脉宽调制波,图4(c)

为双极性正弦脉宽调制波。

图3 阶梯波合成逆变器电路结构及其N =6时原理波形

正弦脉宽调制SPWM 逆变器电路的特点为:

1)变压器仍工作在工频,体积大且笨重,体积与重

量仅和输出电压频率有关,与逆变器开关频率无关,提

图4 正弦脉宽调制逆变器电路拓扑及其原理波形

高逆变器开关频率并不能减小变压器体积和重量;

2)输出滤波器体积、重量小;

3)对于输入电压和负载的波动,系统的动态响应特性好;

4)变压器和输出滤波电感产生的音频噪音得到改善;

5)功率器件开关频率高,开关损耗增加,降低了系统变换效率。

在低频环节DC/AC逆变技术中,由于工频变压器的体积和逆变器的开关频率无关,只和输出电压的频率有关。为克服此缺点,必须采用高频环节逆变技术。

3 高频环节逆变技术

为了克服低频环节逆变技术的缺点,Mr.Es-pelage于1977年提出了可变高频环节逆变技术新概念[2]。该系统由一个并联逆变器和十二个晶闸管组成的周波变换器构成,具有简单的自适应换流、高频电气隔离、独立的有功能量和无功能量控制、固有的四象限工作能力等优点,如图5所示。受当时半导体器件的限制,谐振储能电路工作频率局限在2k~4kHz范围,未完全体现高频环节逆变技术的优越性。

用高频变压器替代低频环节逆变技术中的工频变压器,克服了低频环节逆变技术的缺点,显著提高了逆变器特性。因此,该技术引起了人们的极大研究兴趣。

按照功率传输方向,高频环节逆变技术可分为单向型(Unidirectional Power Flow Mode)和双向型(Bi -directional Power Flow Mode)两类;按照功率变换器类型,高频环节逆变技术可分为电压源(Voltage Mode或Buck Mode)和电流源(Current Mode或Buck-Boost Mode)两类。必须强调,这里的Buck、Buck-Boost Mode已不是传统意义上完整的Buck、Buck-Boost

变换器。

图5 可变高频环节逆变系统

3.1 电压源高频环节逆变技术

1)单向电压源高频环节逆变技术

在直流电源和逆变器之间加入一级高频电气隔离DC/DC变换器,使用高频变压器实现电压比调整和电气隔离,省掉了体积庞大且笨重的工频输出变压器,降低了音频噪音。单向电压源高频环节逆变器[3、4]如图6所示。该电路结构具有单向功率流、三级功率变换(DC/HFAC/DC/LFAC)、变换效率和可靠性不够理想、

但应用较广泛等特点。

图6 单向电压源高频环节逆变器电路结构

针对单向电压源高频环节逆变器,各国学者提出了多种控制策略或改进。其中相控谐振式单向电压源高频环节逆变器,使得功率器件实现了软开关,降低了

开关损耗和系统的电磁干扰EMI 。但该电路拓扑十分复杂,降低了系统变换效率和可靠性。

南京航空航天大学陈道炼博士提出了高频脉冲直流环节逆变器电路拓扑[53]

,它将图6中整流器后的电感电容或电容滤波器换成了无功吸收支路,如图7所示。这类软开关逆变器由高频脉冲直流环节电路与DC/AC 逆变桥级联而成,前级输出的高频脉冲直流电压波为DC/AC 逆变桥功率器件实现ZVS 开关创造

了条件。

图7 高频脉冲直流环节逆变器电路结构

2)双向电压源高频环节逆变技术

双向电压源高频环节(高频脉冲交流环节)逆变器[1、7]如图8所示。它具有双向功率流、两级功率变换(DC/HFAC/LFA C)等特点,这对提高逆变器效率和可靠性起到了关键作用。该电路特别适用于有双向功率流的场合,可以用来构成UPS 。

高频脉冲交流环节逆变器采用传统的PWM 技术时周波变换器器件换流将打断漏感中连续的电流而造成不可避免的电压过冲。由于这个原因,这类方案都需另外采用一些缓冲电路或有源电压箝位电路来吸收存储在漏感中的能量[7]。有源电压箝位电路是以增加功率器件数和控制电路的复杂性为代价的,故不十分理

想。

图8 高频脉冲交流环节逆变器

文献[8、9]提出了串联谐振式双向电压源高频环节逆变器,如图9所示。尽管串联谐振逆变器功率开关

工作在电流过零点,但仍可以通过控制功率传输和回馈的时间比来控制谐振储能电路的功率。而且只要双向开关S5和S6也和电流过零点同步,就可以同时解

决开关损耗和电磁干扰(EMI)问题。然而,该电路系统为变频控制方式,

电路设计难以优化。

图9 串联谐振式双向电压源高频环节逆变器

因此,在不增加电路拓扑复杂程度的前提下,如何

解决高频脉冲交流环节逆变器固有的电压过冲问题和

实现周波变换器的软换流技术,是高频环节逆变技术的一个研究重点。为此,作者提出了单极性、双极性移

相控制高频环节逆变技术,分别使得逆变器开关实现

ZVS(零电压)或ZVZCS(零电压、电流)软开关,并已

研制出1kVA 原理样机[14、15]

。3.2 电流源高频环节逆变技术

浙江大学黄敏超博士提出了基于Flyback 变换器

的电流源高频环节逆变器新概念[10]

及其电路结构,如图10所示。该逆变器由高频逆变器、储能式变压器和

周波变换器三部分组成。高频逆变器将直流电压能量

变换成脉动的电流能量储存在储能式变压器中,周波变换器将此高频脉动电流低频解调,经输出滤波电容

滤波后供给负载,具有电路拓扑简洁、两级功率变换

(DC/HFAC/LFAC)、DCM 工作模式、易并联、变换效

率高、动态响应速度快、可靠性高等特点,但功率开关电流应力大,

仅适用于小功率逆变场合。

图10 电流源高频环节逆变器

4 逆变器技术的应用

DC/AC 逆变器具有广泛的应用前景,可应用到如下领域:

1)以直流发电机、蓄电池、太阳能电池和燃料电池

为主直流电源的场合,如航空静止变流器(27V 或270VDC /115V 400HzAC )、通讯静止变流器(48V DC /220V 50HzA C );

2)以变频或恒频交流电为主交流电源且采用交-

直-交变换方案的场合,如飞机变速恒频电源(变频交

流电/115V400HzAC)、新型风力发电电源(变频交流

电/220V 50HzAC )和变频电源(220V 50HzAC /115V400HzAC 或115V400HzAC/220V50HzAC);

3)不间断电源U PS 中的核心环节-逆变器;4)作为校表台产品的电压、电流标准源-电压功率放大器、电流功率放大器。

图11为中国航空工业贵阳185厂研制成功的27VDC/115V400HzAC 航空静止变流器(ASI ),达到国内最新技术水平。它采用单端反激Flyback 变换器与SPWM 逆变器级联式电路结构。实质上,该电路就属于单向电压源高频环节逆变器电路结构。相当于国外先进国家第二代(80年代)航空静止变流器技术水平,其特点是采用巨型晶体管GTR 、硅铁心材料和分立电子元件、开关频率为21.6kHz 、功率密度(额定功率为750VA ,功率重量比为93.75VA/kg,功率体积比为0.07VA /cm 3)与变换效率(额定负载时75%)不

够理想。

图11 F lyback 变换器与SPWM 逆变器级联式ASI 电路及其原理波形

5 结论

DC/AC 逆变技术具有广泛的应用前景。DC/AC 逆变技术可分为低频环节逆变技术和高频环节逆变技术,后者取代前者是发展的必然趋势。高频逆变环节是实现高功率密度、高变换效率逆变器的合理方案。参考文献

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究.南京航空航天大学博士学位论文,1998.

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[15] 张友军.高频脉冲交流环节航空静止变流器研

究.南京航空航天大学硕士学位论文,2002.

收稿日期:2004-08-24

作者简介:张友军男,1970年生,讲师,硕士。发表论文及专业文章20余篇,研究方向为电力电子变换技术。

红外传感器文献综述

单位代码01 学号 分类号TN7 密级 文献综述 关于红外报警器的综述 院(系)名称信息工程学院 专业名称电子信息工程 学生姓名 指导教师 2013年3月20日

关于红外线报警器的综述 摘要 随着社会的发展,科学技术的进步和安全防范意识的增强,人们越来越注重自身所处的环境是否安全。当家中无人或者仅有老人孩子在家时,必须考虑家庭成员生命和财产的绝对安全。目前,许多住宅小区的安防主要依靠安装防盗窗、防盗门以及人工防范。这样不仅有碍美观,不符合防火的要求,而且不能有效地防止坏人的侵入。报警器的应用类型非常多,但热释电红外线报警器是最广泛的,因为它的制作简单、成本低,安装比较方便,而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现,具有较高的应用价值。 本文简要通过对红外报警器组成的个个模块进行分析,介绍了红外报警器的两种常见方式即:主动式和被动式,进而又分析了两种方式的选择原则,最后有对红外线报警器的发展前景进行了预测。 关键词:红外线,热释电传感器,报警器,单片机

引言 随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高,人们对其住宅的要求也越来越高,表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所,而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。相反地,经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应,城乡、区域收入差距进一步拉大,流动人口也开始迅速增加,盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈现出了增长趋势,人们越来越渴望有一个安全生活的空间,但是犯罪分子的作案手段越来越高明,他们甚至采用一些高科技的作案手段,使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求。这时,传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭防盗报警系统,能可靠的进行日常安全防范工作,及时发现各种险情并通知户主,以便将险情消灭在萌芽状态,这样人们便可安心工作,同时也保证了居民的生命财产不受损失。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视,现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置,但多由于可靠性较差、功能单一或造价高而难于普及。 而随着电子通讯技术的飞速发展,单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭的低价位、运行可靠的智能型安全防范报警系统安全防范系统,对室内出现入室盗窃等自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行。 报警器的类型多种多样,例如:红外监控无线报警器,超声波防盗报警器,红外线防盗报警器,高灵敏红外报警器,触摸式延时防盗报警器, 触摸式防盗报警器,红外报警器, 红外线声光报警器等。 红外线作为一种不可见光,有很强的隐蔽性和保密性,因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。所以在众多报警器的分类方式中,红外线报警器由于简单实用,抗干扰能力强、灵敏度高、安全可靠而被广泛应用。红外报警器直接决定系统的灵敏度与稳定性,是整个系统品质的保障,红外防盗报警器又称红外探测器。中国安防厂商在这些年,无论在技术的掌握与生产能力的提升上,均有明显的改善,这都归功于中国厂商的产品设计和生产技术,并致力于降低成本,使中国安防产品开始得到厂商们的认可,加上低价对于甲方有着重要的吸引力,使得本国产品在市场上成长迅速。虽然本国产品的品质仍与进口产品有段差距,但在用户对安防产品不熟悉的情况下,中国安防产品扔

四桥臂三相逆变器的控制策略

四桥臂三相逆变器的控制策略 阮新波严仰光 摘要提出了一种新型的三相四线逆变器,它有四个桥臂,第四个桥臂用来构成中点,从而省去了三相三桥臂逆变器中的中点形成变压器,减小了逆变器的体积和重量。针对这种逆变器,本文提出了一种电流调节器,它根据三相滤波电感电流和给定电流的误差值最大的那相选择逆变器的开关模态。为了消除输出相电压的静态误差,本文讨论 了一种基于PI调节器改进的电压调节方案。仿真结果表明,本文的思路是可行的。本 文为构造大功率、高效率的三相四线逆变器提供了可靠的理论基础。 关键词:三相逆变器控制策略 The Control Strategy for Three-Phase Inverter with Four Bridge Legs Ruan Xinbo Yan Yangguang (Nanjing University of Aeronaut ics & Astronautics 210016 China) Abstract A novel three phase inverter with four bridge legs i s presented in this paper.The inverter eliminates the neutral forming transforme r by adding a bridge leg to form neutral point to provide balanced voltages to a ny kinds of three phase loads.The principle of the inverter is analyzed,and a ne w current regulator,which chooses switching modes a ccording to the maximum cur rent error of filter inductance current and the reference current is proposed.Th e modified voltage regulator on the basis of PI regulator is proposed to elimina te output voltage static error under any load conditions. Keywords:Three-phase Inverters Control strategies 1 引言 三相逆变器一般是采用三个桥臂组成的拓扑结构,为了给不对称负载供电,必须在 输出端加入一个中点形成变压器(Neutral Formed Transformer,NFT),如图1所示。中点形成变压器是变比为1的自耦变压器,工作频率为输出交流电的频率,体积和重 量很大,而且体积和重量随着负载不对称的程度变化而变化,不对称度越大,NFT的体积重量也就越大。

电气工程及其自动化专业光伏单相逆变器并网控制技术研究 开题报告 文献综述 外文翻译

摘要 随着“绿色环保”概念的提出,以解决电力紧张,环境污染等问题为目的的新能源利用方案得到了迅速的推广,这使得研究可再生能源回馈电网技术具有了十分重要的现实意义。如何可靠地、高质量地向电网输送功率是一个重要的问题,因此在可再生能源并网发电系统中起电能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。 本文以全桥逆变器为对象,详细论述了基于双电流环控制的逆变器并网系统的工作原理,推导了控制方程。内环通过控制LCL滤波中的电容电流,外环控制滤波后的网侧电流。大功率并网逆变器的开关频率相对较低,相对于传统的L 型或LC 型滤波器,并网逆变器采用LCL 型输出滤波器具有输出电流谐波小,滤波器体积小的优点,在此基础上本系统设计了LCL滤波器。本文分析比较了单相逆变器并网采用单闭环和双闭环两种控制策略下的并网电流,并对突加扰动情况下系统动态变化进行了分析。 在完成并网控制系统理论分析的基础上,本文设计并制作了基于TMS320LF2407DSP的数字化控制硬件实验系统,包括DSP 外围电路、模拟量采样及调理电路、隔离驱动电路、保护电路和辅助电源等,最后通过MATLAB仿真软件进行验证理论的可行性,实现功率因数为1的并网要求。 关键词并网逆变器;LCL滤波器;双电流环控制;DSP

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三相交流电动机变频调速系统的设计与仿真文献综述

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传感器技术综述 Luqingsong@https://www.360docs.net/doc/b35980272.html, 摘要:本文简介了传感器技术的原理、分类和应用,以位移传感器为例概述了传感器技术的研究现状,在此基础上分析了我国传感器技术发展中存在的问题和解决方法,分析了传感器技术的发展方向。 关键词:传感器技术应用研究发展方向 1传感器 传感器是一种检测装置,一般由敏感元件、传感元件和其他辅助件组成,有时也将信号调节也转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器通常可以按照一系列方法进行分类。根据用途分类,传感器常以测别的物理量命名,如位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等;根据工作原理分类,传感器可以依据工作原理进行命名,如振动传感器、磁敏传感器、生物感器等;按输出信号,可分为模拟传感器和数字传感器等;还可按照传感器的制造工艺、构成、作用形式等进行分类。[1] 随着微电子技术、微机械加工技术、光电科学以及当代生物科学等高新技术的推动下,传感器己经从过去单一功能转变为功能多样、科技含量高的新型产品。传感器技术是当前代表国家综合科研水平的重要技术,传感器技术的具体应用是传感器技术转化的重要途径和方法。其所涉及的知识领域非常广泛,研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。 2主要传感技术分类[2][5] 2.1光电传感技术 光电式传感器是以光为测量媒介、以光电器件为转换元件的传感器,它具有非接触、响应快、性能可靠等卓越特性。随着光电科技的飞速发展,光电传感器己成为光电传感器己成为各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件,并在传感器应用中占据着重要的地位,其中在非接触式测量领域更是扮演者无法替代的角色。光电传感器工作时,光电器件负责将光能(红外辐射、可见光及紫外辐射)信号转换为电学信号。光电器件不仅结构简单、经济性好,且具有响应快、可靠性强等优势,在自动控制、智能化控制等方面应用前景十分广阔。此外,光电传感器除了对光学信号进行测量,还能够对引起光源变化的构件或其它被测量进行

多电平逆变器主要控制策略综述

多电平逆变器主要控制策略综述 ( 本站提供应用行业:阅读次数:1082) 【字体:大中小】 1 引言 多电平逆变器具有谐波小、共模电压小、电压变化率小、电磁干扰小、开关频率低、系统效率高、适合中高压大容量变频器应用等特点,近十年得到广泛的研究[1]。研究主要集中在拓扑结构、控制策略两方面。图1是多电平逆变器的主要研究内容。 图1 多电平逆变器主要研究内容 由于多电平逆变器拓扑结构的多样性,且涉及到直流电压的均衡、开关频率的合理分配、冗余状态的利用等特殊要求,使得对多电平逆变器的控制具有一定的挑战性。 2 载波调制方法(Carrier-based Modulation) 载波调制是最常用的多电平控制方法之一,其特点是通过载波和调制波(或参考波)间的比较而获得器件的开关状态。载波调制按其采样方法可分为:自然采样和规则采样,自然采样一般用于模拟电路实现,规则采样用于数字实现。规则采样又分对称和不对称采样。在载波调制中,对于m电平逆变器,常定义幅度调制比ma和频率调制比mf分别为: 其中Ac为载波峰峰值,fc为载波频率,Am为调制波峰值,fm为调制波频率。多电平载波调制由于载

波个数的增加,而变得较复杂,但也给控制提供了更多的自由度。 2.1 子谐波脉宽调制SHPWM(SubHarmonic PWM) 由Carrara[2]提出的SHPWM的基本原理是:对m电平逆变器,将m-1个具有相同频率fc和峰峰值Ac的三角载波集连续分布。频率为fm、幅值为Am的正弦调制波置于载波集的中间。将调制波与各载波信号进行比较,得到逆变器的开关状态。在载波间的相位关系方面,Carrara考虑了三种典型配置方案: (1) PD—所有载波具有相同相位; (2) POD—正、负载波间相位相反; (3) APOD—相邻载波间相位相反。 图2是SHPWM采用PD配置的波形图。SHPWM的最大线性幅度调制比ma为1。对SHPWM的研究有如下一些重要结论[3]: ·对于三相系统,频率比mf应为取3的倍数; ·单相逆变器,APOD配置电压谐波最小; ·三相逆变器,PD配置线电压谐波最小。 图2 5电平SHPWM-PD波形(ma=0.9,mf=21) 2.2 开关频率最优脉宽调制SFOPWM(Switching Frequency Optimal PWM) 由Steinke[4]提出的SFOPWM与SHPWM基本原理相同,只是前者在三相正弦调制波中叠加了一定的零序电压(三次谐波电压)。设三相均衡参考电压分别为va,vb,vc,叠加零序电压vn,后三相参考电压分别为varef,vbrdf,vcref,具体叠加方法为:

(完整版)传感器的目前现状与发展趋势综述

传感器的目前现状与发展趋势 吴伟 1106032008 材控2班 摘要:传感器是高度自动化系统乃至现代尖端技术必不可少的一个关键组成部分。传感器技术是世界各国竞相发展的高新技术,也是进入21 世纪以来优先发展的十大顶尖技术之一。传感器技术所涉及的知识领域非常广泛,其研究和发展也越来越多地和其他学科技术的发展紧密联系。本文首先介绍了传感器的基本知识和传感器技术的发展历史。之后,综述了近几年高端前沿的光电传感器技术和生物传感器技术的主要研究状况。最后,展望了现代传感器技术的发展和应用前景。 关键词:传感器技术;传感器;研究现状;趋势 引言 当今社会的发展,是信息化社会的发展。在信息时代,人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发及获取、传输与处理。而传感器是获取自然领域中信息的主要途径与手段,是现代科学的中枢神经系统。它是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置,一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”,把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”,那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。 传感器技术是现代科技的前沿技术,发展迅猛,同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱,许多国家已将传感器技术列为与通信技术和计算机技术同等重要的位置。现代传感器技术具有巨大的应用潜力,拥有广泛的开发空间,发展前景十分广阔。 1 传感器的基本知识

1.1 传感器的定义和组成 广义地说,传感器是指将被测量转化为可感知或定量认识的信号的传感器。从狭义方面讲,感受被测量,并按一定规律将其转化为同种或别种性质的输出信号的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件、测量电路和辅助电源四部分组成,其中敏感元件和转换元件可能合二为一,而有的传感器不需要辅助电源。 1.2 传感器技术的基本特性 在测试过程中,要求传感器能感受到被测量的变化并将其不失真地转换成容易测量的量。被测量有两种形式:一种是稳定的,称为静态信号;一种是随着时间变化的,称为动态信号。由于输入量的状态不同,传感器的输入特性也不同,因此,传感器的基本特性一般用静态特性和动态特性来描述。衡量传感器的静态特性指标有线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率和漂移等。影响传感器的动态特性主要是传感器的固有因素,如温度传感器的热惯性等,动态特性还与传感器输入量的变化形式有关。 2 传感器技术的发展历史与回顾 传感器技术是在20世纪的中期才刚刚问世的。在那时,与计算机技术和数字控制技术相比,传感技术的发展都落后于它们,不少先进的成果仍停留在实验研究阶段,并没有投入到实际生产与广泛应用中,转化率比较低。在国外,传感器技术主要是在各国不断发展与提高的工业化浪潮下诞生的,并在早期多用于国家级项目的科研研发以及各国军事技术、航空航天领域的试验研究。然而,随着各国机械工业、电子、计算机、自动化等相关信息化产业的迅猛发展,以日本和欧美等西方国家为代表的传感器研发及其相关技术产业的发展已在国际市场中逐步占有了重要的份额。 我国从20世纪60年代开始传感技术的研究与开发,经过从“六五”到“九五”的国家攻关,在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步,初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系,并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲,它还不能适应我国经济与科技的迅速发展,我国不少传感器、信号

离网逆变器控制策略

逆变器控制策略: 逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能。稳态性能主要是指输出电 压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD 和负载突变时的动态响应水平。在这些指标中输出电压THD 要求比较高,对于三相逆变器,一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%。 1、离网逆变器的控制性能要求主要是使其输出电压具有良好的控制抗扰性。 离网逆变器采用输出电容电流内环和输出电压外环的双闭环控制。 电流调节器可以实现快速加减速和电流限幅作用,同时使系统的抗电源扰动和负载扰动 的能力增强。 电压调节器主要是控制输出电压的稳定。 2、基于LC 滤波器的离网型逆变器 图2 基于LC 滤波的电压型离网逆变器主电路 图3 基于LC 的VSI 输出电压单闭环控制结构 图5 基于电容电流反馈的单位调节器内环控制结构 1VD 3VD 5VD 2VD 6VD 4VD 1 V 3V 5V 4V 6V 2V U V W dc C C R L dc u + -L i o i C i L u C u i u 调节 器 PWM K 1sL R +-i u o i C *u C u L i -1sC -C i ? ? ?C u L u *Cq u cq u PI P PWM K 1sL sC 1iq u C *i C i ????oq i +----

图14 基于同步坐标系的LC-VSI 双环控制结构 PI PI P P Inv.Park Trans Inv.Clarke Trans SPWM Generator Clarke Trans Park Trans Clarke Trans Park Trans *q s U *sd U sd U q s U *sd I *q s I q s I d s I a s I βs I A U βs U a s U B U A I B I 1 1ov T s +11 e T s +1 1oi T s +PI 1Ls 1Cs P 11 oi T s +11 ov T s +*Cq u C *i iq u oq i cq u C i +-+- + -+ -电流内环

(完整版)三相逆变器matlab仿真

三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源,是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言,逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电,称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换,因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多,可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下: 1)按逆变器输出的相数,可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向,可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路,是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路

日常生活中使用的电源大都为单相交流电,而在工业生产中,由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电,例如三相电动机。随着科技的日新月异,很多设备业已小型化,许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化,其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下,电力的储能形式可能只有直流电,如若在这样的环境下使用三相交流电设备,就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具,已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真,并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电,经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块(Three phase parallel RLC)。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1,并将结果输出到示波器模块Scope1.

传感器技术文献综述_百度文库重点

传感器技术文献综述 学校邕江大学专业 09信息学号 40号姓名赵丽霞 一、摘要 传感器技术是综合多种学科的复合型技术, 是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术。本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别, 对每一类别进行综述, 分析每类别传感器研究中所存在的不足,探讨了相应的解决方案。 二、关键词:传感器 三、引言 传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术, 是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术, 而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。在伴随着“信息时代” 的到来,作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展, 其应用领域越来越广, 人们对其要求越要越高, 需求也越来越迫切。但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟, 相反在很多方面它还只是一项新兴的技术, 依然存在很多的问题等待我们去解决。如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境, 迅速准确的处理传输客户所需求的信号, 并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等。这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。 四、传感器 传感器是一种物理装置, 能够探测、感受外界的信号、物理条件 (如光、热、温度、湿度等或化学组成, 并将探知到的信息传递给其他装置。该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。这样,精确快速地感

受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。例如气体流量监测就有很多种的感知方法,但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题, 所以还需要不断的改进。然而,有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了, 我们应该取其精华。因此, 我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题。 模仿沙漠蚂蚁利用太阳偏振光在沙漠中很好的辨别方向机理设计了偏振测角传感器。在我们的生活中, 大自然还有很多聪明的发明, 这些都可以应用到我们现在所讨论的传感器技术中。比如鲸鱼、鸽子能够探测到地球微弱的磁场并根据其来确定旅行路线; 双髻鲨能都根据探测到微弱的生物电来捕食, 在它的双髻上分布着许多微小的孔,传感器也可以设计成与此相同的结构来探测微弱的电磁波, 并可以将此项技术应用到医学中来检测人体的健康;苍蝇的嗅觉特别灵敏,远在几千米外的气味也能嗅到,仿生学家根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能,利用活的苍蝇,把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪,用来检测舱内气体的成分。此外,还有很多的动物都具有特异功能,可以利用这些大量的自然资源来实现我们对自然界一些信息的需求,可以直接利用动物,降低成本,可以根据研究其特异功能的机制, 改进现在的传感器。 目前的传感器往往仅能感知一种或几种物理量。因此, 要尽量集成传感器的功能。在实际中, 需要检测的物理量往往不是唯一的, 这样就需要多种传感器共同工作来完成对这些物理量的检测, 浪费了大量资源, 比如人力资源——我们要花费大量的时间与精力去部署以及维护这些节点, 通信资源——每个节点都会向基站发送信号, 占用带宽, 容易造成数据拥堵。要求一种传感器可以同时感知多种物理量比较困难, 这样可以将多种传感器固定在同一装置上, 通过程序让它们在分配间隙时间内轮流工作发送数据, 间隙时间越短, 该传感器的整体测量效率也就越高。但如果对测量的实时性要求不高的话, 一个传感器装置就可以达到预期效果。也可以在监测区域分布多个的装置, 编制程序, 使在同一时刻能够测量到多种物理量。 五、智能传感器

三相逆变器的建模

三相逆变器的建模 1.1逆变器主电路拓扑与数学模型 三相全桥逆变器结构简单,采用器件少,并且容易实现控制,故选择三相三线两电平全桥逆变器作为主电路拓扑,如图 1所示。 图 1三相三线两电平全桥逆变拓扑 图 1中V dc为直流输入电压;C dc为直流侧输入电容;Q1-Q6为三个桥臂的开关管;L fj(j=a,b,c)为滤波电感;C fj(j=a,b,c)为滤波电容,三相滤波电容采用星形接法;N为滤波电容中点;L cj (j=a,b,c)是为确保逆变器输出呈感性阻抗而外接的连线电感;v oj(j=a,b,c)为逆变器的滤波电容端电压即输出电压;i Lj(j=a,b,c)为三相滤波电感电流,i oj(j=a,b,c)为逆变器的输出电流。 由分析可知,三相三线全桥逆变器在三相静止坐标系abc下,分析系统的任意状态量如输出电压v oj(j=a,b,c)都需要分别对abc三相的三个交流分量v oa、v ob、v oc进行分析。但在三相对称系统中,三个交流分量只有两个是相互独立的。为了减少变量的个数,引用电机控制中的Clark变换到三相逆变器系统中,可以实现三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换,即将abc 坐标系下的三个交流分量转变成αβ坐标系下的两个交流分量。由自动控制原理可以知道,当采用PI 控制器时,对交流量的控制始终是有静差的,但PI控制器对直流量的调节是没有静差的。为了使逆变器获得无静差调节,引入电机控制中的Park变换,将两相静止坐标系转换成两相旋转坐标系,即将αβ坐标系下的两个交流分量转变成dq坐标系下的两个直流分量。 定义αβ坐标系下的α轴与abc三相静止坐标系下的A轴重合,可以得到Clark变换矩阵为: 1 / 1

光伏并网逆变器控制策略的研究

题目:光伏并网逆变器控制策略的研究

光伏并网逆变器控制策略的研究 摘要 世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭,促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视,各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中,光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义,仅在过去五年,光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准,比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。 在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后,论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略,阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略,分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后,本文针对几种产生谐波的原因,对L、LC、LCL 三种滤波器进行了比较分析。 最后,本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真,由于时间的限制,只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。 关键词:光伏并网,逆变器电路拓扑,电流矢量控制,谐波

PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL STRATEGY RESEARCH Abstract World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years,the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system. Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform. Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters. Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic

生物传感器综述

生物传感器综述

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生物传感器课程论文 论文题目:生物传感器技术在环境分析 与检测方面的应用研究进展专业: 分析化学 姓名:雷杰 学号:12015130529 指导教师:晋晓勇 时间:2015年10月23日

生物传感器技术在环境分析与检测方面的应用研究进展 摘要:生物传感器作为一类新兴传感器,它是以生物分子敏感元件,将化学信号、热信号、光信号转换成电信号或者直接产生电信号予以放大输出,从而得到检测结果。文章综述了生物传感器在环境监测,包括水环境、大气环境等领域的应用和最新进展,并展望了环境监测生物传感器的发展前景及发展方向。 关键词:生物传感器技术;环境分析检测;

0.前言 生物传感器这门课属于分析化学和生物化学的一门交叉学科,它涉及到生物化学、电化学等多个基础学科。就目前生物传感器研究的历史阶段,它仍然处于十分活跃的研究阶段,生物传感器的研究逐渐变得专业化、微型化、集成化、也有一些生物相容的生物传感器,生物可控和智能化的传感器制成[1]。基于生物传感器的基本结构和性能,从它的选择性,稳定性,灵敏度和传感器系统的集成化发展的特点和趋势,科研人员主要研究生物传感器在医疗、食品工业和环境监测等方面,它的发展对生产生活都有极大影响,尤其是生物传感器专一性好、易操作、设备简单、可现场检测、便携式、测量快速准确、适用范围广,从而深受研究者的青睐。本文主要概述了近三年来生物传感器在环境分析与检测方面的应用研究,从而对以后生物传感器技术的研究有所帮助与借鉴。 1.生物传感器技术 1.1生物传感器的组成及工作原理 生物传感器主要是由生物识别和信号分析两部分组成。生物识别部分是由具有分子识别能力的生物敏感识别元件构成,包括细胞、生物素、酶、抗体及核酸。信号分析部分通常叫换能器。它们的工作原理一般是根据物质电化学、光学、质量、热量、磁性等,物理化学性质将被分析物与生物识别元件之间反应的信号转变成易检测、量化的另一种信号,比如电信号、焚光信号等,再经过信号读取设备的转换过程,最终得到可以对分析物进行定性或定量检测的数据[2]。 生物传感器识别和检测待测物的工作原理:首先,待测物分子与识别元素接触;然后,识别元素把待测物分子从样品中分离出来;接着,转换器将识别反应相应的信号转换成可分析的化学或物理信号;最后,使用现代分析仪器对输出的信号进行相应的转换,将输出信号转化为可识别的信号。生物传感器的各个部分包括分析装置、仪器和系统也由此构成。生物传感器中的识别元素决定了传感器的特异性,是生物定性识别的决定因素;识别元素与待测分子的亲合力,以及换能器和检测仪表的精密度,在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应速度。

PWM逆变电源瞬时值反馈控制技术研究 硕士论文

分类号______ 密级_____ U D C ______ 硕士学位论文 PWM逆变电源瞬时值 反馈控制技术研究 学位申请人:周樑 学科专业:电力电子与电气传动 指导教师:彭力副教授 论文答辩日期学位授予日期 答辩委员会主席戴珂评阅人段善旭熊健

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements For the Degree of Master of Engineering Research on the instantaneous feedback control technology of PWM inverters Candidate : Zhou Liang Major : Power Electronics and Electric Drive Supervisor : Associate Prof. Peng Li Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P.R.China April , 2006

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期:年月日 学位论文版权使用授权书 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 保密□,在__ __年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密□。 (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名:指导教师签名: 日期:年月日日期:年月日

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