发布时间：2015-03-20 来源：人大经济论坛

数码发电机整流稳压电源设计_硕士论文 引言 数码发电机是近几年中发展起来的一个新的发电机产品，它是一种便携式发电机。中频发电机体积小、重量轻，是与之相配套的理想的发电机。但是中频发电机输出的三相交流电的频率在400-760Hz 间变化，电压在300-540V 间变化[1]，给整流器的设计带来了一定的困难。传统的整流方案大多针对定频、定压输入，适应的电压频率变化范围都不大[2]。本文针对此情况设计了一种宽频率、宽电压的适用于数码发电机的整流方案。 本系统采用前馈控制结合PID 控制的复合控制策略，在前级整流器中加入前馈控制可以有效的减少响应时间及降低超调量。出于电压稳定及经济状态的考虑，可在系统中加入油门控制。实验表明设计的整流器和中频发电机配合良好，输出工频电压达到设计要求。 1 整流器总体结构设计 为了得到稳定的市电，中频发电机发出的三相电经过三相半控桥整流后得到稳定的直流电，经电容滤波后再通过逆变得到我们所需要的市电[3]。由于中频发电机所发的三相电为宽频率、宽电压的三相电，因此对前级整流电路的要求比较高。由于输入三相电的频率及电压变化及其频繁，如果采用文献[1]中所使用的拓扑结构，虽然也能得到稳定的直流输出电压，但是直流电压趋于稳定所用的时间相对较长并且系统的超调量也会比较大。经过分析本文给出了如所示的数码发电机的前级整流电路。 中在三相电输入端加入电压及频率检测构成前馈控制，就能及时有效的检查出电压及频率的变化，控制器便可在输出电压U 变化之前控制油门开度或者触发角度的大小从而输出更加稳定的直流电压。由于发电机所发出的三相电各相间的电压、频率相等，所以只检查两相间的电压、频率即可。通过电压传感器检查U 的大小，然后通过PID 控制器将本系统组成闭环控制系统，从而更精确更迅速的控制输出直流电压。油门控制采用模糊控制策略，当采用上述控制无法保证直流侧电压稳定时，可以通过油门控制来调节发电机输出，进而保证直流侧电压的稳定。油门控制是通过控制步进电机[4]调节发电机油门的大小实现的。 采用定时方式进行整流器的移相控制时，需要给控制器提供各晶闸管控制起始定时时刻的方波信号，这一方波的频率应与电源频率相同，即应与电源电压同步。所以，一般将此方波信号称为同步信号。三相同步信号电路要求获取三组同步脉冲信号，分别对应每一相的自然换相时刻，本文选用文献[5]中所提到的同步电路。整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压，根据参考文献[6]本文选用电容方式进行滤波。 2 数学模型 本设计采用由晶闸管构成的三相半控桥式模块，忽略晶闸管压降，设发电机的输入电压幅值为U ，触发角度为α ，三相半控整流桥输出的平均电压为U ，则： U =1.17U(1+ cosα ) 以U 及α 作输入变量，以d U 作输出，在参考工作点附近进行局部线性化处理，展开成泰勒级数并忽略高次项则得： 晶闸管整流装置由触发电路控制，在分析系统时把它们处理成一个环节。这一环节的输入量是触发电路的控制电压Uct，输出量是理想空载整流电压d U 。如果把它们之间的放大系数s K 看成常数，则整个晶闸管触发与整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节，其滞后效应由晶闸管的失控时间决定[7]。 3 控制器设计 PID 控制是负反馈控制，在实际中，被控对象总是存在惯性，负反馈控制的输出总是落后于参考信号的变化，当我们要求系统的被控量迅速平稳地跟随参考信号变化，并准确地复现其变化规律时，将不能满足要求，而在加有前馈控制器的复合控制中，前馈控制器就直接根据参考信号变化的大小和方向，加快对被控对象的控制，因此采用前馈—反馈复合控制器的两者结合方式使得控制结果具有及时而又精确的特点。