400HZ逆变电源的研究
基于DSP与CPLD的400Hz中频电源设计
第32卷第1期吉首大学学报(自然科学版)Vol.32No .12011年1月Journ al of Ji shou Universit y (Nat ural Science Edit ion)J an.2011文章编号:1007-2985(2011)01-0071-03基于DSP 与CPLD 的400Hz 中频电源设计*裴素萍,王耕(中原工学院电子信息学院,河南郑州450007)摘要:利用DSP 产生SP WM 波,驱动IGBT 逆变,从而产生纯正弦交流电进行400H z 中频电源的研究与设计.给出了以DSP 为主控芯片的主电路、控制电路以及软件设计的流程.实验结果表明:利用DSP 与CPLD 使得控制电路大为简化,改善了功率因数,减少了谐波影响,从而提高了工作效率.关键词:DSP ;SPWM;逆变;CPLD中图分类号:T N86;TN702文献标志码:A三相400H z/115V 交流电源广泛应用于航天、航空及军用设备的动力系统中.逆变电源车是频率为400Hz 的交流中频电源,它在工业、国防、航海、航空等领域中应用非常广泛.它要求电源的波形是纯正弦,谐波含量不大于5%,工作电压为115V.该电源的频率、相位等参数的精度要求较高,对研制、生产的军用电源的参数需准确测试,使其满足军用标准,提高我国国防装备的科技水平,满足现代化高科技的发展需要.目前,该电源有2种产生方式:利用专用400Hz 发电机组产生;由工频电源经交直交变换,由电子电路控制大功率开关器件,经滤波变压后产生.对于发电机组来讲,由于发电机绕组的不对称性及转速不稳定性,都会使输出的频率及相位有误差.而对于电子方式产生的电源,受大功率器件特性及控制策略的影响,也会产生相移或频率不合要求.另外,电源在带载或三相作为单相运行时,也会引起相位或频率的变化.为了满足输出纯正弦波的要求,采用SPWM 脉宽调制技,该技术是通过一定的规律控制功率半导体器件的通断,获得一组等幅不等宽的矩形脉冲,用作近似正弦波.利用传统的模拟方法,电路复杂,有温飘的现象,限制了系统的性能.数字法则需要按照不同的数学模型用计算机计算出各切换点的时间,即所谓的规则采样,将采集的所有切换点放入内存,然后通过查表及必要的计算再生成SPWM 波,但数字法因受内存影响较大,不能保证系统的精度.[1-3]2种方法都不理想,因此笔者选用DSP 控制,逆变器输出三相正弦交流电,构成了静止式逆变电源.这种方法设计的中频电源具有噪音低、转换效率高、工作可靠、使用方便等优点.1系统结构组成图1系统结构图DSP 控制器选用TI 公司的16位定点TMS320F 2407A,它是一种性价比较高的DSP,集成6路PWM 输出,每个输出都有可编程的死区功能.与单片机相比,单片机的P WM 模块没有死区功能,必须用软件或外接硬件来实现,所以使用DSP 可以提高系统的可靠性.利用DSP 的A/D 可以实现对检测电流、电压的A/D 转换,再通过CPLD 译码送LED,从而显示电压、电流、频率的当前值.在DSP 的指令控制下,产生了SP WM 波,构成控制系统.DSP 不仅可以完成对输出的SPWM 波的脉宽、频率进行控制,还可以完成模拟信号的电压、电流以及交流电频率的检测和显示,当出现过电流、欠电压的异常现象时,能够自动保护、报警.电源车系统结构原理图如图1所示.TMS320F 2407A 还集成了16路A/D 转换通道,最快A/D 转换时间为375ns,可用于对电压和电流进行快速检测.这种DSP 还提供串行接口SPI 和SCI 模块、41个通用I/O 引脚、可编程看门狗定时器、片内集成了2kB 单口RAM 、544字双*收稿日期6作者简介裴素萍(6),女,河南新乡人,中原工学院电子信息学院讲师,硕士,主要从事电气控制与智能电网研究;王耕(6),男,河南郑州人,中原工学院电子信息学院副教授,主要从事电机电器设计与控制研究:2010-10-2:197-197-.口RAM 、32kB flash 程序存储器.TM S320F2407A 的最高工作速度可达40MIPS,高速的运算速度有助于实现先进的控制算法.三相脉宽调制波发生器构成的控制电路,产生SP WM 脉冲,经功率放大后驱动IGBT 功率模块组成的逆变器,生成频率为400H z 的正弦交流电,经变压器输出电压为115V.[4]2系统主电路图2主电路图中频电源车主电路的工作原理如图2所示.三相工频交流经EM I 滤波器滤波后,由整流桥模块整流,再经电容滤波,加至由IGBT 构成的桥式逆变电路,该直流高压经逆变电路逆变为脉宽按正弦波规律变化的高频脉冲波,再由输出滤波器滤掉高频谐波,得到中频正弦波,最后由变压器隔离、变压(升压或降压)后提供给负载.SPWM 脉冲波由主控制电路产生,并根据输出反馈电压和反馈电流来改变脉冲波的宽度,从而保证输出电压的稳定.三相逆变电路是将直流电逆变为400H z 的三相正弦交流电,主开关功率元件选用日本富士公司生产的两单元IGBT 模块(3只),额定容量为75A,每只元件上都另配缓冲保护电路.如图2所示,主电路是典型的AC-DC-AC 逆变电路,将输入的三相交流电经整流、滤波后以直流电供给逆变器.逆变器输出为三相交流电,频率为400H z,再经变压器隔离变压,就变为115V 的交流电.3系统控制电路图3控制电路图系统控制框图如图3所示.控制电路控制逆变电路和电源输出的频率及电压、人机界面、主电路和逆变电路的接通与断开.采用DSP 为系统的控制核心,控制快速准确,使系统具有响应快、运行稳定、可靠的特点.本系统控制器选用TI 公司16位定点T MS320F2407A,其产生载频为20kHz 的SPWM 脉冲信号,由脉宽调制信号输出端口输出,通过驱动电路加到IGBT 的栅极,控制逆变电路正常工作,同时根据电压和电流的反馈值调整SPWM 脉冲信号的脉宽,从而保持输出信号幅度的稳定.4系统软件图系统软件设计流程图系统软件设计流程图如图4所示,包括DSP 初始化、脉宽计算、报警、数值转换子程序、显示扫描程序等.其中按键1表示显示功能,按键2表示停机功能,按键3表示初始化功能.通过初始化命令可以对各参数值进行设定,并实施对主电路的控制,逆变出400H z 的三相交流电.程序流程采用顺序结构,调用子程序简单方便,显示子程序可将电压、电流、频率的数值送LED 分别显示出来.在整个工作过程中,随时对电流、电压进行测量比较,一旦出现过流、欠压可及时报警、严重时可以自动停机.SPWM 波产生的方法主要有3种:自然采样法,对称规则采样法和不对称规则采样法.利用正弦波和等腰三角波的交点时刻来决定开关管的开关模式,从而生成SPWM 波的方法是自然采样法,这种方法生成的SPWM 波的脉宽方程是一个超越方程,求解起来要花费较多的时间,因此自然采样法的数学模型不适合用于实时控制.对称规则采样法是以每个三角波的对称轴(顶点对称轴或底点对称轴)所对应的时间作为采样时刻过三角波的对称轴与正弦波的交点,作72吉首大学学报(自然科学版)第32卷4.平行t 轴的平行线,该平行线与三角波的2个腰的交点作为SP WM 波的开关时刻,这2个交点是对称的,因此称为对称规则采样法.这种方法实际上是用一个阶梯波去逼近正弦波,由于在每个三角波周期中只采样1次,因此计算得以简化,但其形成的阶梯波与正弦波的逼近程度仍存在较大的误差.不对称规则采样法在前2种方法的基础上改进了其不足之处,这种方法既在三角波的顶点对称轴位置采样,又在三角波的底点对称轴位置采样,即每个载波周期采样2次,这样采样所形成的阶梯波与三角波的交点不对称,所形成的阶梯波与正弦波的逼近程度大大提高.正是因为这点,本系统软件设计算法选择的是不对称规则采样法.用单片机作为控制器,软件设计则使用数字法受内存影响较大,不能保证系统的精度,笔者使用DSP 作为控制器可以避免这种缺点,保证系统的精度.5结语系统实验波形如图5所示.图5系统实验波形实践表明,利用DSP 与CPLD 使得控制电路大为简化,器件少、体积小,降低了成本.载波频率高,输出波形为纯正弦.经测试:电压稳定度小于1%,频率稳定度为0.05%,总谐波含量为1%,在200%的负载时,短路保护动作,可立即关闭电源,满足性能指标的要求,提高了系统的控制精度.采用厚膜驱动电路,具有自保护功能,使IGBT 逆变器的工作更加可靠.如果将逆变器作为变频电源使用,用于交流电动机的变频调速系统,只需改变DSP 初始化控制字的设定.改变输出交流电的频率和工作电压是十分方便的,省去了大量的编程工作,还能够做到实时控制,由于其波形是纯正弦,则可以改善功率因数,减少谐波的影响,从而提高工作效率.参考文献:[1]王福瑞.单片微机测控制系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.[2]李宏.电力电子设备用器件与集成电路应用指南[M ].北京:机械工业出版社,2003.[3]王晓明.电动机的DSP 控制[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.[4]冯玉生.单片机控制三相PWM 产生器的逆变电源设计[J].电力电子技术,2005,39(4):21-23.Design of 400Hz Mid Frequency Power SupplyBased on DS P and CPLDPEI Su ping,WANG Geng(Zhongyuan Univer sity of Technology,Zhengzhou 450007,China)Abstr act:The paper proposes a new way to obtain pure sinusoidal based on DSP for the research and de sign of 400H z AC power supply.It gives the main circuit,control circuit and software design flow chart.A prototype is designed using the DSP as the master chip.The experimental result shows that this way not only can simplify the system str ucture by DSP and CPLD,but also can improve the power factor,re duce harmonics and enhance efficiency.Key words:DSP;SPWM;invert;CPLD(责任编辑陈炳权)73第1期裴素萍,等:基于DSP 与CPLD 的400H z 中频电源设计。
三相电能计量芯片 400hz
三相电能计量芯片 400hz三相电能计量芯片是一种用于测量和计量三相交流电能的芯片。
400Hz是指电源的频率为400赫兹，即电源每秒振荡400次。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的应用具有一定的特殊性和挑战性。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的设计需要考虑电路的稳定性和抗干扰能力。
由于400Hz频率相对较高，电路中的元器件和布局需要更加精细和谨慎，以确保芯片的性能和精度。
同时，由于400Hz 频率下的电源噪声可能更严重，芯片需要具备较高的抗干扰能力，以保证测量结果的准确性。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的测量精度也需要特别关注。
由于400Hz频率下电能变化的速度更快，对芯片的采样和计算速度提出了更高的要求。
芯片需要具备较高的采样率和处理能力，以确保能够准确地测量和计算三相电能的各项参数。
同时，芯片还需要具备较高的精度和稳定性，以满足实际应用中对电能计量的精确要求。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的功耗也是需要考虑的重要因素。
由于400Hz频率下电源的振荡速度更快，芯片需要在更短的时间内完成测量和计算，因此可能需要更多的能量供应。
芯片的设计需要充分考虑功耗控制和优化，以确保在满足高性能要求的同时，能够实现低功耗的工作状态。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的应用领域也具有一定的特殊性。
400Hz频率主要用于航空航天领域的电力供应，如飞机、导弹等。
在这些领域中，对电能计量的要求通常更为严格和特殊。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的稳定性、精度和可靠性对于航空航天设备的正常运行和安全性具有重要意义。
三相电能计量芯片在400Hz频率下的设计和应用具有一定的特殊性和挑战性。
在设计方面，需要考虑电路稳定性、抗干扰能力和功耗控制等因素；在应用方面，需要满足高精度、高速度和特殊领域的要求。
随着航空航天领域的不断发展，对于三相电能计量芯片在400Hz频率下的需求将会越来越高，相信通过技术的不断创新和进步，这一领域将会取得更多的突破和发展。
400Hz中频电源设计
Ａｂｔａ ｔＷｉ ｅｉ ｅｍｅ ｉｅｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ｅ ｐ ｌ ｉ ｔｅｐａｔ ａ ｅ ｇ ｅｒ ｇｐｏｅｔ ｓ ｈ ｅｅｒｈｏｊｃ， ｓ ｃ ： ｔ ｔ ｔｒ ｄａ ｅ ｕｎ ｙｐ ｗ ｒ ｕ ｐｙ ｎ ｈ ｒ ｉ ｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ｒ ｅ ａ ｅｒ ａｃ ｂｅｔ ｒ ｈｈ ｎ ｔｒ ｓ ｃｃ ｎ ｉ ｊ ｔ ｓ
高 可靠 和 高 性 能 的 中频 电源 （ 常 为 ４ ０Ｈ ） 通 ０ ｚ 已广泛 应用 于航 空 、 天 、 航 舰船 、 车 、 应加 热 以及 机 感 雷达 、 信交换 机 等 设 备 中． 通 因此 ， 此 类 电源 的研 对
４ ０Ｈ 中频 电源 ， 术 先 进 ， 所 达 到 的 电性 能 指 ０ ｚ 技 其
Ｘ Ｎ ｈｏｙ， Ｈ ｉ ａ ， ＵＪｎ Ｉ Ｇ Ｚ ｕ—ｉＺ Ｕ Ｑ— ｎ Ｌ ｕ ｄ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｕｏ ａｉ ， ｒｉ Ｅ ｇｎｅｉ ｎ ｅｓｙ Ｈ ｒｉ １０ ０ ，ｈｎ ） Ｓｈｏ ｏ ｔ ｔ ｎ Ｈａｂ ｎｉｅｒ ｇＵ ｉ ｒ ｔ， ａｂｎ ５０ １ Ｃ ｉａ Ａ ｍ ｏ ｎ ｎ ｖ ｉ
ａ ｓ ｈ ｍｅ ｏ ｎｔｒ ｅ ａ ｅ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｉ ｄ ｖ ｌｐ ｄ， ｉ ｈ ｕ ｉｉｅ ｃ ｏ ｏ ｔｏｌ ｒ ｎ ｉｎａ ｅ ｅ ａ ｏ ｃ ｅ ｆｉ ｅ ｍ ｄｉｔ ｑ ｅ ｃ ｏ ｒｓ ｐ ｌ ｓ ｅ ｅｏ ｅ ｗｈ ｃ ｔｌ ｓ ｍｉ ｒｃ ｎ ｒｌｅ ｓ ａ ｄ ｓｇ ｌｇ ｎ ｒ ｔｒ ｒ ｚ
ｇ ａ ｏ ｈ ｙ ｔ ｍ ，ｎ ｅｆ ｃ ｉｃ ｔｂ ｔ ｅ ｉｎ ｌｇ ｎ ｒ ｔｒｏ Ｗ Ｍ ｎ ｃ ｏ ｏ ｔｏｌ ｒ ｆ８ ｔ ｅ ｉｏ ａｉｎ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｔｒａ ｅ ｃｒ ｕｉ ｅｗｅ ｎ ｓｇ ａ ｅ ｅ ａ ｏ ｆＳＰ ａ ｄ ｍｉｒ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｓｏ ９Ｃ５１，ｈ ｓ ｌｔｏ
一种改进的400Hz逆变器重复控制策略
较快 ， 且简单 实用 的特 点。
关 键词 ： 变器 ；有源 阻尼 ：重复控 制 逆 中图分类号 ：Ｍ４ ４ Ｔ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ ０ １０ ２ １ ）７ ０ １— ２ １０ — ０ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ２ ０
Ａｎ Ｉ ｐ ｏ ｄ Ｒｅ ｔｔｖ ｎｔ ｏ ｒ ｔ ｇ ｏ ０ Ｈｚ Ｉ ｖ ｒ ｅ ｍ ｒ ｖｅ ｐｅ ｉｉ ｅ Ｃｏ ｒ ｌＳｔ ａ ｅ ｙ ｆ ｒ ４０ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｏ ｔｖ ｍ ｐｉ ｇ ｓ ｄ ｎ Ａｃ ｉ ｅ Ｄａ ｎ
Ｂ ｓｄ ｏ ｃｉｅ ｄ ｍｐｎ ｔｉ ｍｅ ｏ ａ ｓｔｅ ｏｃｌ ｔ ｎ ｎ ｔｅ Ｏ ｔｕ Ｃ ｆｔｒｏ ｎ ｅｔｒ ｕ ｄ ｒｕ ｌａ ｒｌ ｈ ａｅ ｎ ａｔ ａ ｉｇ，ｈｓ ｖ ｔ ｄ ｄ ｍｐ ｈ ｓｉ ａｉ ｓｏ ｈ Ｈｐ ｔＬ ｌ ｆｉｖ ｒｅ ｎ ｅ ｎｏ ｄ ｏ ｉ ｔ ｈ ｏ ｉ ｅ ｇ
虚 拟 出 并 联 于 电容 上 的 电 阻 ． 现 增 大 系 统 阻 尼 实
的 目 的 ， 良受 控 对 象 。 而 简 化 重 复 控 制 补 偿 改 从 器 设 计 ， 即仅 需 一 个 带 宽 足 够 大 的 二 阶 滤 波 器 ，
而 无 需 传 统 的 陷波 滤 波 器 或 设 计 过 程 复 杂 的 ＦＲ Ｉ
一
种 改 进 的 ４ ０ Ｈ 逆 变 器 重 复 控 制 策 略 ０ ｚ
可 采 用 有源 阻 尼 控 制 算 法 虚 拟 滤 波 电容 并联 电阻 Ｒ ［， 体 实 现 即 在 重 复 控 制 外 环 基 础 上 引 ］具 ４ 入 电容 电压 的微 分 反 馈 ， 由图 ２可 见 ， 种 算 法 亦 这 能如 无 源 阻尼 方 法 一 样 。 强系 统 阻尼 。 制 逆 变 增 抑
400hz单相静变电源的设计matlabsimulink程序_概述说明
400hz单相静变电源的设计matlabsimulink程序概述说明1. 引言1.1 概述本篇论文旨在设计一个能够产生400Hz单相静变电源的MatLab/Simulink程序。
静变电源是一种常用于航空航天、军事和工业领域的电源设备，能够提供高质量的交流电源。
1.2 文章结构本文将分为五个部分进行详细介绍。
引言部分将对文章的主题进行概述，并列出文章的结构安排。
正文部分将展开具体内容，包括设计方法和MatLab/Simulink 程序设计过程。
最后，在结论部分对整篇文章进行总结和回顾。
1.3 目的本研究的目标是通过使用MatLab/Simulink软件来设计一个可靠且高效率的400Hz单相静变电源。
通过该程序，我们希望能够获得合适频率、低噪声以及稳定输出的高品质电源。
通过这些努力，我们可以为航空航天、军事和工业领域提供更加可靠和稳定的电力供应解决方案。
这对于保证设备运行质量、提高生产效率以及确保人员安全都具有重要意义。
在接下来的章节中，我们将详细介绍我们的设计方法以及MatLab/Simulink程序的开发过程，以达到我们的目标。
2. 正文在本文中，我们将详细介绍400Hz单相静变电源的设计过程。
首先，我们会讨论电源的基本工作原理和应用场景。
然后，我们会逐步介绍整个设计过程，并分析每个组成部分的功能和作用。
在设计单相静变电源时，我们需要考虑到输入电压范围、输出电压稳定性、负载能力等因素。
为了满足这些需求，我们采用了一种基于MatLab/Simulink的程序设计方法。
首先，我们会根据设备要求确定所需的输入和输出参数。
然后，通过模拟仿真和实验验证来选择合适的电路拓扑结构和控制策略。
这些仿真结果可以帮助我们评估系统性能，并对设计进行优化。
接下来，我们将详细论述每个组成部分的功能和工作原理。
包括输入滤波器、整流器、能量存储元件以及控制模块等。
每个组件都具有不同的特性和功能，在整体设计中起着关键作用。
此外，我们还将讨论功率因素校正技术在该设计中的应用。
电子设计资料-毕业设计400HZ中频电源-
目录1 引言 (1)2设计要求 (1)3 400Hz中频电源的硬件原理与设计 (1)**振荡电路 (2)**分频电路 (2)**积分电路 (4)**放大电路 (6)4 电子控制单元电路 (9)** AT89S52单片机 (9)**控制电路的原理与设计方案 (14)**软件控制流程 (18)5测试结果 (21)6结论 (22)参考文献 (23)致谢 (24)附录1：程序 (25)附录2：系统电路图 (30)英文资料及中文翻译 (32)1 引言400Hz 中频电源，可广泛应用于舰艇，飞机及机载设备以及工业控制设备，例如，旋转变压器是一种信号检测设备，通过角度的改变，可实现输出电压的改变，进而为控制设备提供控制信号。
利用400Hz 中频电源给旋转变压器供电，可以实现系统电信号的控制，将非电量转变成了电量。
在航天航空设备中，中频电源性能的优劣和可靠性将决定着航行器的安全行驶与战斗力的发挥。
新型中频电源自动控制系统具有电路简单，可以实现复杂的控制，控制灵活且具有通用性的优点。
当电源本身特性发生变化时候，完全可以通过对软件参数进行修改来对电路进行改动，可以为进一步实现集中控制带来方便。
采用新型数字控制系统后，中频电源具有启动平稳、运行稳定、控制精度高、调试与维修方便、体积小等优点。
2 设计要求(1) 实现输出频率为稳定的400Hz 正弦波。
(2) 输出波形没有明显失真。
(3) 输出电压为25V ～65V 连续可调（有效值）。
3 400Hz 中频电源的硬件原理与设计4MHz 信号基准电源，通过分频电路进行分频得到400Hz 的信号，经过积分电路将方波转化为正弦波，为提高电压的幅值还要经过放大电路进行放大，再通过升压变压器使最后的输出电压的有效值在25V ～65V 之间。
通过检波电路得到直流电压，AD 采集首先将模拟信号转变成数字信号后，再将采集到的电压值送到单片机中，最后通过单片机送到数码管显示电压，为保证放大电路中TDA7294的正常工作，单片机控制系统还通过稳压电路为其提供电压。
iData_400Hz逆变电源输出滤波器的优化设计_闫英敏
技术的发展， 使得当今的测试系统出现了技术更新
咨询编号：０７１１０３
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （ 上接第 ９ 页） 空载时可控谐振阻尼 ＬＣ 输出滤波器 制起到良好的作用。
具有很好的振荡抑制作用， 使输出电压波形质量 参考文献：
δ＝（Ｕｏ１－ Ｕｏ）／Ｕｏ１
（ ３）
根据所设计逆变电源的参数要求， 单相输出电
压为 １１５ Ｖ， 故输出电压 Ｕｏ 已知。如果 δ给定， 可求 出其空载电压：
Ｕｏ１＝Ｕｏ／（ １－ δ）
（ ４）
设空载时滤波器输入电压的模为 Ｕｉ１， 电感电压
的模为 ＵＬｏ ， 输出电压的模为 Ｕｏ１， 如图 ３ 所示。
令上式分子为零：
（２Ａ－ ｗ２Ｃ２Ｂ）Ｒ２Ｌ＋Ｂ－ ２ｗ４Ｌ２Ｃ２＝０ 将 Ａ、Ｂ 值还原可得：
ｗ２Ｃ２Ｒ２Ｌ－ ２ｗ４ＬＣ３Ｒ２Ｌ＋１－ ２ｗ２ＬＣ＝０ 即： （１＋ｗ２Ｃ２Ｒ２Ｌ）（１－ ２ｗ２ＬＣ）＝０ 其中， 第一项为零，无意义。故令第二项为零， 即
ＬＣ＝１／（２ｗ２） 或 ＸＬ＝ＸＣ／２
（ ２）
扰动输入 Ｕｒ 引起的振荡电压分量为：
式中：
４ 新型分离式滤波器参数设计
逆变电源的主要技术指标如下： Ｕｏ＝１１５ Ｖ； ｆｏ＝ ４００ Ｈｚ； Ｐ＝４ ｋＷ； △Ｕ＝±１０％。采用新型分离式滤波 器结构， 参数设计如下：
１） 空载时滤波器的输出电压 Ｕｏ１： ＵＯ１＝ＵＯ／（１－ δ） ＝１１５／（１－ ０．１）＝１２８ Ｖ； ２） 滤波器输入端电压 Ｕｉ 为： Ｕｉ＝Ｕｉ１＝ＵＯ１／２＝６４ Ｖ ３） 电感 Ｌ 由公式（ ８） 得：
输出为115V、400Hz的单相逆变电源
输出为115V、400Hz 的单相逆变电源1 引言直流27V 变为交流115V、400Hz 的逆变电源在部队和船舶上应用广泛,有较大需求。
针对这一情况,我们研制了800VA 的单相静态逆变电源,该电源采用直流27V 输入,可以输出115V、400Hz 的正弦波电压。
并且用3 台同样的电源经适当联接,在外围电路控制下,可以作为一台三相逆变电源使用。
目前,新技术不断出现,构成DC/AC 逆变的方法有很多。
但考虑到具体的使用条件以及成本与可靠性,该电源采用了比较典型的两级变换的方式,即第一级运用DC/DC 变换,将27V 变换为约±130V的直流高压,第二级运用DC/AC 变换, 将直流高压变换为交流输出,通过反馈调节±130V的高压直流电来保证稳定的交流115V 输出。
这样,既简化了电路调试和生产过程,质量也容易控制,便于产业化。
2 主电路设计2.1 利用DC/DC 变换器实现稳压该变换器采用了推挽工作方式,具有效率高、工作可靠的优点。
如图1 所示, 该变换器的作用是将低压直流电变换为高压直流电。
主变压器T1 初级接成推挽形式,次级因为电压较高,用全桥方式进行整流,开关管S1、S2 分别用4 只IRF3710 并联,有效地降低了导通损耗。
功率MOSFET 的共生二极管同时可作为开关管关断时的交流通路,抑制开关管两端的关断过电压。
R2、C3、R3、C4 为阻容吸收电路,可以进一步降低MOSFET 关断时的尖峰电压。
吸收电阻选择的原则,是在最小导通时间时,仍能使电容上的电压放电完毕,而吸收电容在吸收电阻功耗许可范围内尽量取大。
经过实验,本电路的吸收电阻为5Ω、5W,吸收电容为0.1μF、250VDC。
一种400Hz逆变电源的无线并联综合控制方法
Ａ ｙ ｈ ｓｓ Ｗ ｉ ｅｅ ｓ Ｃｏ ｔ ｏ ｔ ａ ｅ ｙ ｆ ｒ Ｐａ ａ ｌｌＯｐ ｒ ｔｏ Ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｒ ｌｓ ｎ ｒ ｌＳ ｒ ｔ ｇ ｏ ｒ ｌ ｅ ａ ｉ ｎ ｅ
ｏ ｏ ｎｖ ｒ ｅ ｓ ｆ４ ｏ Ｈｚ Ｉ ｅ ｔ ｒ
ａ ｄ ｆｅ ｕ ｎｃ ｆｒ ｆｒ ｎ ｅ ｖ ｌａ ｅ ｏ ｌ ｐ ｒｌｅ ｎ ｅ ｔｒｐ ｗｅ ｏ ｒ ｅ Ｓ ｏ ｒ ｎ ｅ ｅ ｓ ｓｅ ｔ ｎｅ ｎ ｒ ｑ ｅ ｙ ｏ ｅｅ ｅ ｃ ｏｔｇ ｆａｌ ａ ａｌ ｌｉ ｖ ｒｅ ｏ ｒｓ ｕ ｃ Ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｒｔ ｙ ｔｍ ｏ ｅ ｔ ｒ ｓ ｈ ｔ ｅ ｓｅ ｄ ｔｔ ｈ ｔａ ｙ ｓａ ｅ，ｗｈ ｒ ｂ ｌｍｉ ａ ｎ ｈ ｉｃ ｌｔｎ — ｕ ｅ ｔａ ｄ ｇ ａ ａ ｔｅ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌａ ｃ ｒ ｃ ｆｏ ｔ ｅ ｅ ｙ ｅｉ ｎ ｔ ｇ ｔ ｅ ｃｒ ｕ ａｉ ｇ ｃ ｒ ｎ ｎ ｒ ｎ ｅ ｉ ｇｔ ｏ ｔｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｕ － ｉ ｕ ｈ ｐ ｔｖ ｌａ ｅ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｌ ｈ ｅｇ ｄ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｆｔ ｉ ｏ ｔｏ ｔａｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｓｅ ｉ ｅ ｓｍｕａ ｏ ． ｕ ｏ ｔｇ ｃ ｒ ｉ ｇｙ，ｔ ｏ ｅ ｒ ｎ ｅ ｏ ｓｃ ｎｒ ｌｓｒ ｔｇ ｈ ｂ ｅ ｅ ｔ ｄ ｖａ ｔ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆ ｈ ｙ ｓ ｈ ｉ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｉ ｖ ｒｅ ；ｃｒ ｕ ａ ｎ －ｕｒｅ ｔ ｄ ｐ ｉｅ ｄ ｏ ｐ ｍｅ ｏ ｎ ｅ ｔｒ ｉｃ ｌｔ ｇ ｃ ｒ ｎ ；ａ ａ ｔｖ ｒ ｏ ｔ ｄ；ｖ ｒｕ ｍｐ ｄ ｃ ｉ ｈ ｉｔ ａ ｉ ｅ ａ ｅ；ｉ ｔｇ ａ ｏ ｅ ｓ － ｌ ｎ ｎ ｅ ｌ ｃ ｍｐ ｎ ａ ｒ
115V400HZ机场桥挂式中频静变电源、400HZ中频电源、115V400HZ变频电源
济南能华生产的115V400HZ机场桥挂式中频静变电源是通过机坪（机库）的地井/终端柜方式供电，满足飞机检修和维护的用电要求。
分体式交流电源只是静变电源部分,使用时要与连接到飞机接口处的电缆装置相配合.这种电缆装置,可根据用户的需求选配电缆提升机构、地井、自动电缆收放装置或者选用最经济的电缆线。
地面转换电源意味着超一流的可靠性，此装置经过优化，可以与每一个特定的登机廊桥及廊桥服务的各种特定机型相匹配90KVA、120KVA、180KVA中频静变电源等。
机柜完全密闭，空气无法从外界渗入内部电路，环境条件：能够在-40℃～+55℃温度范围内正常工作。
噪音：≤60dB。
维护：不需要预防性维护，平均修复时间30分钟。
输入：AC380V±15%50/60HZ本装置不受相位旋转的影响。
功率因数：0.95。
波形失真：0.5～2%，输出电压范围:±15%。
输出频率稳定率：400HZ±0.01HZ。
（频率可从200HZ-1500HZ连续可调）平衡负载：120°±1.5°.非平衡负载:120°±4.0°。
超载能力：超载125%持续10分钟，超载150%持续5分钟，超载200%持续10秒钟。
保护：输入和输出电压过高或过低，输出过载、E/F损失、E/F电压过高、总线放电故障，散热片温度过高，输出频率故障，IGBT故障。
选件1．电缆输出电缆15m或20m(提供90kVA供电),带飞机插头;输入电缆根据安装情况确定.2．远控操作装置登机桥挂桥安装时设置,在地面操作电源,收放输出电缆.远控操作装置由VFD显控面板、电源状态指示灯(电源/运行/故障)、电源操作按钮(启动/停机)、电缆收放装置控制按钮(升高/降低)等组成.3．电缆收放装置升降式电缆收放装置,登机桥安装时采用;卷轴式电缆收放装置,地面固定安装时采用.4．电缆补偿装置用于电源远距离供电或多架飞机供电时,串接在输出电缆末端补偿电缆压降.采用RDV动态补偿稳压技术,针对90kVA供电电缆设计,补偿电压10V.5．12脉冲整流变压器和整流组件根据电网情况和电源容量选用,降低电源注入电网谐波、提高功率因数.。
400hz中频电源设计毕业论文资料
400hz中频电源设计毕业论文资料篇一：硬件设计题目1. 《AVR高速嵌入式单片机原理与应用》2. 《数字电路元件》3. 《数字电子技术》电子教案4. 《通用集成电路速查手册》5. 51单片机+程序+书籍+教案+应用设计6. 400HZ中频电源7. 555集成电路应用800例8. XX电子设计大赛智能车9. XX年求是杯智能寻线小车10. AVR单片机+程序+书籍+教案+应用设计11. AVR可用程序12. cd4094串口扫描13. CMOS 4000系列60钟常用集成电路的应用14. CPLD15. danpianjichengxu16. DS18B20控制风扇转速17. ds1302时钟芯片应用万年历18. isd256019. L298N驱动步进电机资料20. nRF2401 无线传输模块21. pc智能家电控制盒22. PDF格式23. PLL电路的研究及在信号产生中的应用24. S52可用程序25. usb下载线制作26. 八位数字密码锁27. 比较全面的手机原理资料28. 毕业论文格式29. 便捷式单片机实验开发装置30. 变压器的智能绕线功能系统31. 步进电机32. 步进电机调试33. 步进电机控制调速器34. 蚕种催青自动化测控系统电脑终端35. 超级点阵,上位机发送任意汉字到单片机显示资料36. 超声波测距原理图37. 成品设计资料38. 出租车计价器39. 触模屏ocmj8x15b40. 串行通信41. 串行通信的电子密码锁42. 单工无线发射接收系统43. 单片机红外遥控系统设计44. 单片机软件45. 单片机实训46. 单片开关电源的设计与应用47. 导游助理机48. 倒车雷达49. 灯光控制集成电路与灯光控制器制作50. 第三届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车51. 点阵52. 电子拔河53. 电子单片机教案54. 电子设计55. 电子万年历设计56. 电子万年历设计与制作57. 多功能电机控制器58. 风扇调速59. 高频电路实训装置60. 光纤通信复用技术的研究61. 合泰杯资料62. 红外遥控电路设计63. 华苑杯XX64. 基于AT89S52单片机和DS1302的电子万年历设计65. 基于CPLD的三相多波形函数发生器66. 基于IGBT的变频电源设计67. 基于PLL信号发生器的设计68. 基于两个单片机串行通信的电子密码锁69. 交通灯控制系统70. 交通控制器设计71. 经典之经典单片机设计72. 开关电源73. 开关电源的设计与应用74. 开关稳压电源75. 开关稳压电源——原理、设计与实用电路76. 凌阳单片机资料77. 密码锁78. 频率和占空比同时可调电路79. 七悬迪厅灯80. 汽车尾灯控制电路设计81. 实用电子电路大全82. 实用家用电器功能扩展器制作83. 使用电子线路集84. 数控频率计85. 数控直流电流源86. 数字抢答器87. 数字示波器的制作88. 数字温度计89. 数字应用电路90. 通信电源新技术与新设备丛书通信用高频开关电源91. 图书馆资料92. 万年历93. 危险气体泄露报警器设计94. 微型打印机控制电路的设计95. 温度测量96. 温湿显示系统97. 无线电制作精汇98. 无线调频发射器的设计99. 无线视频监控系统设计100. 无线数据收发系统101. 无线遥控设计102. 下载线103. 项目-360度天线显示104. 项目-360度天线显示带36指示灯105. 芯片资料106. 新型电源107. 新型开关电源实用技术篇二：电子设计项目1. 《AVR高速嵌入式单片机原理与应用》2. 《数字电路元件》3. 《数字电子技术》电子教案4. 《通用集成电路速查手册》5. 51单片机+程序+书籍+教案+应用设计6. 400HZ中频电源7. 555集成电路应用800例8. XX电子设计大赛智能车9. XX年求是杯智能寻线小车10. AVR单片机+程序+书籍+教案+应用设计11. AVR可用程序12. cd4094串口扫描13. CMOS 4000系列60钟常用集成电路的应用14. CPLD15. danpianjichengxu16. DS18B20控制风扇转速17. ds1302时钟芯片应用万年历18. isd256019. L298N驱动步进电机资料20. nRF2401 无线传输模块21. pc智能家电控制盒22. PDF格式23. PLL电路的研究及在信号产生中的应用24. S52可用程序25. usb下载线制作26. 八位数字密码锁27. 比较全面的手机原理资料28. 毕业论文格式29. 便捷式单片机实验开发装置30. 变压器的智能绕线功能系统31. 步进电机32. 步进电机调试33. 步进电机控制调速器34. 蚕种催青自动化测控系统电脑终端35. 超级点阵,上位机发送任意汉字到单片机显示资料36. 超声波测距原理图37. 成品设计资料38. 出租车计价器39. 触模屏ocmj8x15b40. 串行通信41. 串行通信的电子密码锁42. 单工无线发射接收系统43. 单片机红外遥控系统设计44. 单片机软件45. 单片机实训46. 单片开关电源的设计与应用47. 导游助理机48. 倒车雷达49. 灯光控制集成电路与灯光控制器制作50. 第三届全国大学生“飞思卡尔”杯智能汽车51. 点阵52. 电子拔河53. 电子单片机教案54. 电子设计55. 电子万年历设计56. 电子万年历设计与制作57. 多功能电机控制器58. 风扇调速59. 高频电路实训装置60. 光纤通信复用技术的研究61. 合泰杯资料62. 红外遥控电路设计63. 华苑杯XX64. 基于AT89S52单片机和DS1302的电子万年历设计65. 基于CPLD的三相多波形函数发生器66. 基于IGBT的变频电源设计67. 基于PLL信号发生器的设计68. 基于两个单片机串行通信的电子密码锁69. 交通灯控制系统70. 交通控制器设计71. 经典之经典单片机设计72. 开关电源73. 开关电源的设计与应用74. 开关稳压电源75. 开关稳压电源——原理、设计与实用电路76. 凌阳单片机资料77. 密码锁78. 频率和占空比同时可调电路79. 七悬迪厅灯80. 汽车尾灯控制电路设计81. 实用电子电路大全82. 实用家用电器功能扩展器制作83. 使用电子线路集84. 数控频率计85. 数控直流电流源86. 数字抢答器87. 数字示波器的制作88. 数字温度计89. 数字应用电路90. 通信电源新技术与新设备丛书通信用高频开关电源91. 图书馆资料92. 万年历93. 危险气体泄露报警器设计94. 微型打印机控制电路的设计95. 温度测量96. 温湿显示系统97. 无线电制作精汇98. 无线调频发射器的设计99. 无线视频监控系统设计100. 无线数据收发系统101. 无线遥控设计102. 下载线103. 项目-360度天线显示104. 项目-360度天线显示带36指示灯105. 芯片资料106. 新型电源107. 新型开关电源实用技术108. 新颖开关稳压电源109. 新颖实用电子设计与制作110. 寻线机器人系统设计实例111. 遥控系统的设计112. 液晶资料113. 智能风扇调速系统114. 智能家电控制盒115. 智能键盘无线遥控电路116. 智能温度报警系统117. 自动加料控制系统118. 《不怕掉电的超级万年历》源程序及文件资料119. 《高频电子线路》实验指导书120. 《汽车底盘电子技术》实验指导书121. 《数字电子技术》实验指导书122. 《无线电通信技术》期刊参考文献著录格式123. 1.5V调频无线话筒电路制作124. 1.8 GHz CMOS 有源负载低噪声放大器125. 1.8V 5.2 GHz 差分结构CMOS 低噪声放大器126. 2A、2MHz同步降压／升压型DC／DC转换器127. 6位数显频率计数器 .rtf128. 16×16点阵(滚动显示)资料129. 30kHz高频开关电源变压器的设计130. 40kHZ_超声波测距131. 44b0开发板原理图和PCB图132. 48V50A开关电源整流模块主电路设计133. 51单片机C语言编程实验134. 51控制硬盘135. 400HZ中频电源设计资料136. 430通用型变频器137. 3208LED点阵屏电子钟制作全资料资料138. 8051单片机自动控制交通灯及时间显示的方139. 12232液晶显示程序140. 12864-12 LCD模块与射频SoC nRF9E5的串行接口设计141. 145152频率合成器及其应用142. AD0809在数据采集中的应用143. AT89C51编程密码控制器144. AT89C51单片机温度控制系统145. AT89C51单片机在无线数据传输中的应用146. A题直流稳定电源147. c8051f020中文版148. C8051FXXX单片机FLASH程序的自动升级149. CDMA通信系统中的接入信道部分进行仿真与分析资料150. CMOS 混频器的设计技术151. CMOS 斩波稳定放大器的分析与研究152. DDS-PLL组合跳频频率合成器153. DDS波形合成技术中低通椭圆滤波器的设计154. DownPaper155. EDA技术及其应用156. EDA技术及其应用设计资料157. Flash单片机实验课件的制作158. FM调制器(三知杯)159. GPS高精度的时钟的设计和实现160. I2C总线数字式温湿度传感器SHT11及其在单片机系统的应用161. ISD2560芯片在汽车报站器的应用162. ISD2560语音芯片在排队机系统中的应用163. JDM PIC编程器的原理与制作164. KD-XX型LED智能显示系统165. Keil C51中文教程166. LC振荡器制作方案167. led大屏幕点阵资料168. LED显示屏动态显示和远程监控的实现资料169. MC1648两种改进型VCO的压控170. MC1648两种基本型VCO的压控特性171. MC34262系列PFC控制芯片的应用研究172. MC145151173. MC145163P型锁相频率合成器的原理与应用174. MCGS数据采集单片机数据传送175. MCGS数据采集单片机数据传送设计资料176. MCS51单片机应用系统设计177. MCS-51单片机温度控制系统178. MCS-51单片机温度控制系统的设计179. MSP430超声波测距180. MSP430和nRF905的无线数传系统设计181. nRF905的无线数据传输系统1182. nRF905的无线数据传输系统183. N阶多环反馈低通滤波器的系统设计184. PDP 中的模拟视频数字化电路设计185. pid调节规律和过程控制186. PLC控制电梯制作资料187. PWM开关调整器及其应用电路188. RCC电路间歇振荡的研究189. RCC电路间歇振荡现象的研究190. RCD箝位反激变换器的设计与实现191. RFID产品几个技术问题的说明192. RFID傻瓜书193. S51下载线的制作——单片机实用技术探讨194. SL-DIY02-3：单片机创新开发与机器人制作的核心控制板 195. SPCE061A在电冰箱中应用196. SPI总线在51系列单片机系统中的实现197. TDA2822M198. TEA1504开关电源低功耗控制IC199. terex工程车1200. TL494脉宽调制控制电路201. TX-1B单片机实验板使用手册-good202. UC3842N组成的开关电源203. UC3842典型应用电路204. UC3842应用于电压反馈电路中的探讨205. UC3843 是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流变换 206. UC3843A的内部等效电路框图207. UC3843控制多路输出开关电源设计与实现208. UC3844组成的开关电源209. UCC3895全桥控制集成电路开关电源210. US_FL_IOM_001_0803211. USB接口设计212. U盘制作资料（原理图、文档、底层驱动源程序）213. VHDL基本语法单元214. XC6371系列直流变换电路215. 按照实验指导书的要求216. 八路红外遥控开关的设计资料217. 八路抢答器218. 半导体三极管测量设计219. 编码器与译码器.ppt220. 别墅区可视对讲系统篇三：36V,200V军用400HZ航空电源成都伟翔航空技术有限公司电源部分明细表中频静变电源是专为航空及军用电子电气设备设计制造的400Hz中频静止变频电源，可用于飞机及机载设备、雷达、导航等军用电子设备，以及其它需要400Hz中频电源的场合，是机组式变频电源的换代产品。
400hz静变电源设计方案
400hz静变电源设计方案
400Hz静变电源的设计方案需要考虑以下几个方面：
1. 输入电源和电压：首先需要确定电源的输入电压范围，例如115V或230V，以及电源的频率（例如50Hz或60Hz）。
2. 输出电压和电流：需要确定电源的输出电压和电流，以满足负载的要求。
3. 转换效率：电源的转换效率决定了电源的能耗和散热需求，因此需要尽可能提高电源的转换效率。
4. 输出滤波：为了减小输出电压和电流的谐波失真，需要进行适当的输出滤波。
5. 保护功能：为了确保电源的安全运行，需要加入短路保护、过载保护、过压保护等功能。
基于以上考虑，以下是一个可能的400Hz静变电源设计方案：
1. 输入电源和电压：输入电压为230V，频率为50Hz。
2. 输出电压和电流：输出电压为28V，电流为100A。
3. 转换效率：采用开关电源技术，尽可能提高电源的转换效率。
4. 输出滤波：采用LC滤波器进行输出滤波，减小输出电压和电流的谐波失真。
5. 保护功能：加入短路保护、过载保护、过压保护等功能，确保电源的安全运行。
具体实现时，可以采用单端正激式或双管正激式等开关电源拓扑结构，根据实际需求进行选择。
同时，需要选择适当的开关频率、磁芯材料和绕组结构等参数，以满足电源的性能要求。
400Hz输入的多电平PFC设计研究
作者签名： 日 期：
南京航空航天大学硕士学位论文
摘
要பைடு நூலகம்
在过去的二三十年里，功率因数校正(Power Factor Correction, PFC)技术得到了广泛应用， 也取得了巨大进步。有源 PFC 技术以其总谐波含量小、体积小、输出电压较稳定等优点成为 PFC 的主流技术。 但输入电流在输入电压过零点附近发生畸变是有源 PFC 变换器普遍存在的现 象，并且随着输入频率的增高，畸变会变得非常严重。当输入电压频率为 400Hz 时，其畸变已 远远超过谐波限制要求，本文的工作就是针对 400Hz 输入频率下的 PFC 技术展开的。 本文根据单相 PFC 变换器的工作特性， 介绍了 400Hz 输入 PFC 技术存在的难点， 并介绍了 现有的一些改善方法及其各自的优势与不足。之后通过对电流环建立模型，具体分析了输入电 流过零畸变现象的产生原因，指出尖端失真、变换器工作在电流断续模式、相位超前以及电流 环缺少临界阻尼是高频输入下产生过零畸变的主要原因，在此基础上指出多电平技术能有效改 善过零畸变现象。 本文详细分析了飞跨电容型 Boost 多电平变换器的工作原理，并具体到三电平变换器推导 其基本电量关系。之后分析了飞跨电容电压的控制原理，结合变换器的均压控制对三电平 PFC 变换器进行了系统建模与解耦。 基于以上分析本文设计了一台飞跨电容型三电平 Boost PFC 变换器原理样机，列出了详细 的主电路及控制电路设计过程。最后给出实验波形，实验结果表明应用本文所述的理论能在 400Hz 输入频率下很好地实现 PFC 功能。
Research on 400Hz Input Multi-Level PFC Designing
A Thesis in Power System and Automation by Ji Xiaolan Advised by Associate Prof. Ma Yundong Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering
T_型三电平400_Hz_三相APF_预测无差拍重复控制
第27卷㊀第4期2023年4月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.4Apr.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀T 型三电平400Hz 三相APF 预测无差拍重复控制李样,㊀冯润波,㊀尹涛,㊀王莉,㊀舒泽亮(西南交通大学电气与工程学院,四川成都610000)摘㊀要:针对在400Hz 航空电源系统中,为了提高电能质量而采用有源电力滤波技术,但因系统基频高且存在延时而出现的补偿效果不佳的问题,结合延时对补偿效果的影响分析,提出一种预测无差拍重复控制策略㊂首先,为提高系统在动态情况下的反应速度引入预测电流控制,在加快动态响应的同时减小系统稳态误差㊂其次,为解决电流控制及采样的各一拍延时问题,对参考补偿电流进行 两拍预测 ㊂此外,为消除补偿电流的周期性控制误差,在电流控制环内嵌入重复控制㊂稳态和动态仿真中,该综合控制策略表现出比传统控制更优的补偿效果和动态性能㊂为了进一步验证该策略的有效性,实验在T 型三电平400Hz 三相APF 平台上进行㊂实验结果表明,该控制策略可以将400Hz 系统中网侧电流THD 从10.5%降低到3.13%㊂关键词:谐波分析;T 型三电平变换器;有源电力滤波器;预测电流控制;无差拍控制;重复控制DOI :10.15938/j.emc.2023.04.004中图分类号:TM713.8文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)04-0034-09㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-05-30基金项目:国家重点研发计划(2021YFB2601500);国家自然科学基金(52077183)作者简介:李㊀样(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为电能质量控制;冯润波(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为电能质量控制;尹㊀涛(1996 ),男,硕士,研究方向为电能质量控制;王㊀莉(1966 ),女,博士,教授,研究方向为超导应用技术㊁电磁悬浮理论及应用;舒泽亮(1979 ),男,博士,教授,博士生导师,研究方向为多电平变换装置㊁同相供电系统及电力电子应用中的数字信号处理技术㊂通信作者:舒泽亮Predictive deadbeat repetitive control based on T-type three-level 400Hz three-phase active power filterLI Yang,㊀FENG Runbo,㊀YIN Tao,㊀WANG Li,㊀SHU Zeliang(School of Electric and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610000,China)Abstract :In order to improve the power quality of the 400Hz aviation power supply system,active power filter (APF)is adopted,but the compensation effect is poor due to the high fundamental frequency and delay of the system.Based on the analysis of the impact of delay on the compensation effect,a predictive deadbeat repetitive control strategy is proposed.Firstly,predictive current control was introduced to im-prove the response speed of the system under dynamic conditions,which accelerated the dynamic re-sponse while reducing the steady-state error of the system.Secondly,to solve the problem of one beat de-lay in current control and sampling,a two-beat prediction was performed on the reference compensa-tion current.In addition,to eliminate the periodic control error of compensating current,repetitive con-trol was embedded in the current control loop.In both steady-state and dynamic simulations,this compre-hensive control strategy exhibits superior compensation effects and dynamic performance compared to tra-ditional control.To further validate the effectiveness of this strategy,experiments were conducted on a T-type three-level 400Hz three-phase APF platform.The experimental results show that this control strat-egy can reduce the THD of the grid side current in the 400Hz system from 10.5%to 3.13%.Keywords:harmonic analysis;T-type three-level circuit;active power filter;predictive current control; deadbeat control;repetitive control0㊀引㊀言航空电源系统通常采用400Hz基波频率,因受限于开关频率,在实际使用过程中,相较于传统50Hz系统存在供电方式单一㊁功率容量小且谐波含量高等问题[1-3]㊂为解决航空电源系统中的电能质量问题,有源电力滤波器(active power filter,APF)被广泛使用,但同时因系统具有较高的基频,对APF 实时补偿效果提出更高要求[4-5]㊂在APF系统中,传统的电流内环采用PI控制算法,该算法简单易实现,但受带宽限制,无法准确追踪交流信号[6-7]㊂文献[8]利用旋转坐标变换这一有利工具将特定次谐波分量转换成直流量,再利用PI控制器实现无静差追踪,虽有效提高补偿精度,但计算量随补偿次数成倍增加㊂为了提升控制内环的动态响应速度,同时不增加控制器的运算负担,学者们提出了预测电流控制策略㊂该方法不仅易于实现,而且瞬态响应速度优于传统PI控制㊂但预测电流控制本质上为有差控制,无法解决在采样和控制中存在的 两拍延时 ㊂为解决延时所带来的跟踪误差,无差拍控制(dead-beat control,DBC)应运而生[9-10]㊂文献[11]分析了数字采样 一拍 延时对系统稳定性的影响㊂文献[12]提出一种鲁棒预测无差拍控制,该方法引入功率前馈,使系统的响应速度大幅度提升,进一步降低了交流电感参数偏移和系统延时对电流内环的影响,有效提高系统的鲁棒性,但控制精度有所降低㊂文献[13]采用状态反馈和配置极点来消除延时的控制策略,但向系统注入新的延时和参数偏移,且没有提出对这种负面影响的解决方法㊂文献[14]利用相邻时刻电流采样差值的算术平均近似得到k+1时刻电流偏差,有效降低控制延时所造成的电流跟踪误差,但所能达到的控制精度受限㊂DBC控制在响应速度和控制精度方面具备一定优势,但不具有解决周期性跟踪误差的能力㊂为了进一步减少电流控制误差,重复控制被广泛应用于APF中[15-16]㊂但当它单独使用时,若需准确控制就必须对被控对象进行精确建模,且这种控制会影响系统动态性能,当负载快速突变时不能及时响应[17]㊂文献[18]提出一种将PI与重复控制并用的控制策略,虽能提高系统鲁棒性,但也因PI 控制器的引入,使系统性能受到更多参数约束㊂本文采用T型三相三电平拓扑结构,以并联电压型400Hz APF为研究对象,首先引入预测电流控制以提升系统动态响应速度㊂为了解决采样和控制中存在的 一拍 延时对补偿效果产生影响的问题,本文在预测电流控制的基础上引入DBC控制方法,以实现APF补偿精度和动态响应速度的提高㊂同时在电流内环中加入重复控制以解决系统周期性误差㊂最后,完成仿真与实验,验证基于T型三电平APF改进预测无差拍重复电流控制的正确性与可行性㊂1㊀主电路数学建模及延时对APF补偿效果的影响分析1.1㊀主电路数学模型有源电力滤波系统采用T型三电平电路结构,图1(a)展示了整体电路模型㊂交流侧采用LCL滤波,并通过继电器和充电电阻将网侧电压与主电路相连㊂图1㊀APF系统模型Fig.1㊀APF system model53第4期李㊀样等:T型三电平400Hz三相APF预测无差拍重复控制根据图1(b)的定义,电流从网侧流向变换器侧为正方向㊂根据基尔霍夫电压定律,APF 补偿谐波电流与端口电平的关系可以表示为u h =u s -Ld i h (t )d t-Ri h (t )㊂(1)其中:u h 为逆变器输出端口电平;u s 为电网电压;L和R 分别为变换器滤波电感和等效电阻;i h 为APF 向网侧注入的谐波电流㊂将式(1)采用前向差分离散化,可得APF 离散域下的数学模型为u h (k +1)=u s (k )-Li h (k +1)-i h (k )T s-Ri h (k )㊂(2)1.2㊀延时对系统补偿效果的影响当系统有延时现象存在时,实际电流跟踪就会与预期电流之间存在偏差,并进一步影响APF 的补偿效果㊂采样延时与所选用的A /D 转换芯片性能息息相关,而控制延时产生于对信号离散化的过程中[19-20]㊂控制信号更新频率的上限决定了延时最小值,该延时造成的系统误差要比数据采样和处理造成的更严重㊂设第n 次谐波电流表达为i n (t )=I n sin(nωt )=I n sin(2πnft )㊂(3)设延时时间为t d ,APF 产生的实际电流与预期电流之间会相应产生延时角φd =800πnt d ,此时补偿电流表达式为i c n (t )=-i n (t )=-I n sin(2πnft )㊂(4)APF 补偿后,网侧剩余n 次谐波电流表示为i s n (t )=i n (t )+i c n (t )=I n sin(2πnft )-I n sin(2πnft -φd )㊂(5)进一步定义残余度系数K n 为APF 补偿后与补偿前系统电流谐波含量幅值的比值,即K n =I s nI n=2-2cos(800πnt d )㊂(6)其中残余度系数K n 反映了与延时时间t d 和谐波次数n 之间的关系㊂在延时时间不变的条件下,待补偿的谐波次数与补偿残余度呈正相关㊂同样,在谐波次数n 不变的条件下,延时与残余度也呈正相关㊂当延时过大时,APF 甚至会放大高次谐波㊂观察图2发现,对于400Hz APF 系统,由于基波频率更高,同样延时下各次谐波的K n 明显高于50Hz 系统,因此实时性要求更高㊂如何改进控制算法,减少控制延时,提升APF 的补偿效果具有现实意义㊂为了提高系统动态响应速度,减小稳态误差,进一步解决延时问题并抑制周期性的扰动,提出了一种改进控制策略,将DBC 和重复控制与预测电流充分结合㊂系统整体控制框图如图1(a)的上半部分所示㊂图2㊀各次谐波K n 和t d 的关系Fig.2Relationship between various harmonics K n and t d2㊀改进的预测无差拍重复控制方法研究㊀㊀图3展示了改进控制方法的细节框图㊂接下来将对改进的控制算法进行分析和设计㊂图3㊀各个控制细节控制框图Fig.3㊀Control block diagram for each control detail采用一种改进控制方法,预测电流控制用于提高系统的动态响应速度,DBC 用于修正由于延时产63电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀生的误差,重复控制用于消除系统周期性控制误差,从而能够多方面提升APF的补偿效果㊂2.1㊀预测控制策略网侧电流i s可分为基波电流i sf与谐波电流i h,它们之间的关系表示为i h(k)=i sf(k)-i s(k)㊂(7)对(7)进行前向差分得i h(k+1)-i h(k)=[i sf(k+1)-i sf(k)]-[i s(k+1)-i s(k)]㊂(8)当系统进行高频采样时,由于采样频率远远高于基波频率,因此可将i sf(k+1)和i sf(k)视为相等㊂虽然无法得知下一时刻的采样值,但在此时可以近似地认为i s(k+1)与i sf(k)相等,由上述分析并结合式(2)可得u h(k+1)=u s(k)-L i s(k)-i sf(k)T s+R[i s(k)-i sf(k)]㊂(9)化简上式得u h(k+1)=u s(k)-K[i s(k)-i sf(k)]㊂(10)其中K=L/T s-R㊂预测电流控制在稳态时存在静差,式(10)整理如图3(a)所示控制框图,其中K可表示比例环节㊂在特定范围内,K值增加能使系统响应速度提升㊁稳态误差减小,K值一旦过大会增加系统超调,甚至出现过补偿问题㊂2.2㊀无差拍控制策略为了解决延时问题,首先在预测电流控制中引入DBC㊂具体分析如下㊂将式(1)重新采用后向差分并再次离散化得i h(k)=i h(k-1)+T sΔu(k)L㊂(11)式中Δu(k)代表网侧电压和端口之间的差值㊂已知系统存在 两拍 延时的情况下,相应地无差拍需提供两步预测㊂通过采样第k周期的实际电流i h(k)能够预测第k+1周期的参考电流i∗h(k+1),进一步,采样第k-1周期的实际电流i h(k-1)预测第k周期的参考电流i∗h(k),同时假设第k周期的实际电流i h(k)能对给定电流i∗h(k)实现无静差追踪,即i h(k)=i∗h(k)㊂那么,就能得到第k+1周期的参考电流方程为i∗h(k+1)=i h(k-1)+T sΔu(k)+Δu(k+1)L㊂(12)此时无差拍控制系统的闭环传函为G(z)=i(z)i ref(z)=z2z2-z+1㊂(13)式中i(z)与i ref(z)分别为i(k)与i ref(k-1)在z域中的表现形式㊂由式(13)分母可得,系统的极点(1ʃj3)/2位于单位圆上,表明该系统处于临界稳定状态㊂于是,通过在上式分子引入一个增益系数k(kɪ(0,1])来提升系统的稳定度,此时系统闭环传递函数变成Gᶄ(z)=kz2z2-z+k㊂(14)当k为大于0且小于1的值时,极点移动至单位圆内,有效提高系统稳定性㊂但也发现,无论k取除0外的任意值,系统的极点都无法位移至坐标原点处,造成系统无法实现完全的无差拍控制,即始终存在延时㊂通过绘制图4所示Bode图,可知仅引入k值的无差拍控制会使系统在1kHz以后的增益逐渐下降,幅值不再保持为1,相位也慢慢偏离0㊂同时发现,上述控制不仅使APF输出实际电流与指令电流之间存在偏差,且当待补偿的谐波次数增大时,控制的准确性将进一步降低㊂为了提高系统的控制精度,需要对传统的无差拍控制进行改进㊂通过对式(12)变形,同时进行两步预测,即令i h(k+1)=i∗h(k-1),整理得到u∗h(k+1)=L Ts(i h(k-1)-i∗h(k+1))+u s(k+1)+u(k)-u∗h(k)㊂(15)其中u∗h(k+1)为系统第k+1周期的输出端口电平,u∗h(k)为第k周期的输出端口电平㊂改进DBC 后,可以通过对第k+1个采样周期端口电平的预测来解决无差拍控制中由延时引起的误差问题㊂这种改进方法的具体控制框图如图3(b)所示㊂在上述改进策略下,系统从i ref(k+1)到i(k)的闭环传函变为G new-closed(z)=G new-open(z)1+G new-open(z)=1z2㊂(16)再乘以两拍预测z2可以得到i(k)=i ref(k-1)㊂图4为优化后DBC控制系统Bode图与引入增益系数DBC的Bode图对比㊂明显看出,所提优化后的DBC系统相较于原系统具有在全频率范围内幅值不衰减㊁相位不漂移的优点,表明APF系统输出电流能完全跟踪指令参考电流㊂同时,需要对网侧采样电压进行矫正,进一步73第4期李㊀样等:T型三电平400Hz三相APF预测无差拍重复控制提高控制准确性,使得系统能在全频率范围内实现高精度跟踪㊂图4㊀优化DBC 与传统DBC 对比Fig.4㊀Comparison between optimized DBC andtraditional DBC2.3㊀重复控制策略APF 长时间运行会使变换器交流侧连接的无源滤波元件发生参数偏移,从而在具有周期性特性补偿谐波电流作用下产生相应的周期性干扰误差㊂不仅如此,AD 采样㊁开关管死区动作㊁电网电压波动等都会使得系统产生周期性误差㊂为了消除这类误差,重复控制应运而生㊂这种控制以内模原理为基础,主张用周期性误差来更正APF 输出信号㊂究其本质,就是在控制内部嵌入和外部信号数学表达式相同的模型,从而构成内模控制器,完成对输入信号的无静差追踪㊂对于APF,输入电流信号由不同频率的正弦信号构成,因此在设计内模控制器时,需要将所有待补偿次数谐波的正弦信号数学模型嵌入控制器中,可以采用内模:G (z )=z -N /(1-z -N ),其中N =f ᶄ/f s ,f ᶄ为采样频率,f s 为网侧基波频率㊂考虑在实际工况中,存在被控对象无法在所有工作频段保持稳定的问题,首先要对上述内模进行改进,将z -N 替换成Q (z )z -N 来提高系统稳定度㊂Q (z )选择不同的值,控制器将对外表现不同的衰减特性㊂当没有误差信号时,改进重复控制输出不会保持上一周期信号㊂当Q (z )取小于1的正数时,重复控制会具有比例放大的特征,控制信号会随系统逐渐稳定而逐渐衰减㊂当Q (z )采用低通滤波器表示时,低频的控制信号相对缓慢衰减,而高频控制信号迅速衰减㊂由图3(c)得到在实际应用过程中,重复控制的传递函数为G re (z )=1-z -N Q (z )1-[Q (z )-S (z )P (z )]z -N㊂(17)此时系统内模为G (z )=11-z -NQ (z )㊂(18)考虑当基波频率等于400Hz,采样频率为100kHz 左右时,此处N 近似取为250㊂分别画出当Q (z )=0.95㊁0.9和0.8时重复控制内模特性Bode 图,如图5所示㊂由图中看出系统在基频及基频整数倍处具有零相移高增益特征,并且当Q (z )越大时,系统具有的增益越高,说明追踪特性越好,稳态误差越小㊂但需要注意的是,过大的Q (z )可能会导致系统失去稳定,因此选择Q (z )=0.95㊂除此之外,还应考虑外界扰动D (z )并设计内模控制器的补偿环节S (z )㊂设计目标是在引入各种扰动后,系统能够实现无静差跟踪指令信号㊂系统在正常工作时需要满足以下条件才能保持稳定:|Q (z )-S (z )P (z )|z=e j ωT s <1,当上式为0时,系统能实现完全无稳态误差跟踪,达到最佳稳定状态,说明补偿环节与被控对象自身特性和内模系数Q (z )有关㊂图5㊀重复控制的内模特性Fig.5㊀Internal model characteristics of repetitive control通常,补偿环节S (z )=K c z k C (z )的设计依据为零相移误差跟踪理论㊂系数K c 可看作比例环节,将其设置为小于1的正数,其取值大小对系统的影响满足比例调节规律㊂C (z )为滤波环节,常设计成低通滤波器形式,以此来保证系统处于中低频段内的无静差追踪,但同时降低了高频段的跟踪效果㊂而z k 作为超前环节用于补偿滤波器带来的延时,补偿目标为使系统在宽范围内尽可能保持零相移㊂将比例环节K c 定为0.75,依据前文分析,当超83电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀前环节的k 为2时,能使系统延时得到完全补偿,即令z k =z 2㊂为实现APF 对31次以内谐波进行补偿的功能,低通滤波器的转折频率应设置成2πˑ31ˑ400rad /s,当阻尼比ξ=0.707时,可得滤波器传函及重复控制传函表达式为:C (z )=0.3541z +0.2797z 2-0.8691z +0.5028;(19)S (z )=0.750.3541z +0.2797z 2-0.8691z +0.5028z 2㊂(20)所设计的低通滤波器具有较高的增益,尤其是在基频及其整数倍处,从而实现了低静差追踪的设计目标㊂这一点在图6所示的Bode 图中可以更清晰地看出㊂系统的截止频率为17kHz,对应点处幅值比为1㊂同时,控制器在低频段内近似保持相位为0,高频段幅值及相位迅速衰减,能够有效抑制高频扰动㊂图6㊀滤波器C (z )和重复控制伯德图Fig.6㊀Filter C (z )and repetitive control Bode diagram3㊀仿真验证本节通过仿真分析了3种不同的控制策略,包括预测电流控制㊁DBC 和预测无差拍重复控制,以验证所提出的综合控制策略在APF 动态响应速度及补偿效果方面的有效性㊂在仿真中,将交流相电压设置为115V,控制直流总电压350V,开关频率设置为100kHz㊂图7展示了3种控制策略及总调制输出波形图㊂图8(a)展示了在未经过补偿的情况下,负载电流波形存在严重问题,其THD 值高达20.56%㊂若未经补偿的电流流入电网将会使网侧电流发生严重畸变㊂如图9的THD 柱状图所示,在系统中加入预测电流控制后,网侧电流THD 降到5.32%㊂加入DBC 后,此时网侧电流THD 降至3.35%,表现出更佳的补偿效果㊂通过对各次剩余谐波含量分析发现,该控制对低次谐波的补偿效果较好,高次谐波补偿能力有待提升㊂最后,对所提改进的预测无差拍重复控制策略进行综合仿真,THD 值能够进一步降至2.77%,并且通过FFT 分析发现各高次谐波均得到一定补偿㊂同时,图8(a)㊁(b)㊁(c)三幅图展示了系统在0.02s 时负载电流㊁APF 补偿电流以及网侧电流发生负载跳变时的动态波形㊂图7㊀3种控制及总调制输出波形Fig.7㊀Three control and total modulated voltageoutputwaveforms图8㊀负载跳变时的动态电流波形Fig.8㊀Current dynamic waveform93第4期李㊀样等:T 型三电平400Hz 三相APF 预测无差拍重复控制可以看出,采用改进预测无差拍重复控制后的系统仅需1ms 的时间就能保持稳定㊂仿真结果表明,所提出控制策略在有效提高补偿效果的同时,能够保证APF 系统的动态响应速度㊂图9展示了对上述3种控制策略下补偿效果对比,得到各次谐波傅里叶分析结果㊂总体而言,改进的控制策略能使各次谐波含量有效降低,同时兼具对高次谐波的补偿能力㊂不同控制策略下的补偿效果为:预测电流控制<无差拍控制<改进的无差拍重复控制㊂A -预测电流控制;B -无差拍控制;C -无差拍重复控制㊂图9㊀3种控制下各次谐波含量对比Fig.9㊀Comparison of each subharmonic contentunder the three controls4㊀实验验证基于以上分析,针对115V /400Hz 航空电源设计了功率为3kW 的APF 实验平台,如图10所示㊂该平台以FPGA 作为控制器,包括主电路㊁传感器以及二次供电回路等,并在交流电压20V㊁频率400Hz㊁非线性负载功率200W 的情况下进行测试,系统功率密度达到1.42W /cm 3㊂图10㊀APF 实验平台Fig.10㊀APF experimental platform4.1㊀稳态补偿实验APF 工作前,网侧电流波形及其FFT 如图11(a)所示㊂其中U dc 为直流总电压,i sa ㊁i sb ㊁i sc 分别代表三相网侧电流㊂此刻的变换器处于空载状态,还未进行谐波补偿㊂观察FFT 图看出,谐波主要为6k ʃ1次谐波,其他次谐波含量较少㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波含量分别为9.83%㊁2.19%㊁1.47%㊁0.73%,THD 为10.5%㊂预测电流控制谐波补偿波形及其FFT 如图11(b)所示㊂此刻的变换器处于谐波补偿状态,直流侧电压稳定,网侧电流THD 值从10.5%下降到5.5%㊂通过FFT 分析看出,主要低次谐波得到有效补偿㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波含量分别1.78%㊁0.76%㊁0.54%㊁0.25%㊂与仿真中得到的结果类似,这种控制下APF 对高次谐波补偿能力有限,并且由于所定K 值过大,造成系统过补偿震荡进一步增加高次谐波含量㊂预测无差拍重复控制补偿实验波形及其FFT 如图11(c)所示㊂通过图11(a)和11(b)的比较,可以发现在改进控制策略下,高次谐波被更好地抑制了,从而使APF 具备更优地补偿效果㊂其中5次㊁7次㊁11次㊁13次谐波的含量分别为0.33%㊁0.12%㊁0.18%㊁0.03%,总THD 含量为3.13%㊂图11㊀补偿前及两种控制下的网侧电流波形及FFT 分析Fig.11㊀Analysis of grid current waveform and FFTanalysis before compensation and under two control strategies4电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图12展示了谐波负载为4Ω时,预测电流控制与所提出的控制策略在补偿效果方面的比较㊂可以看出,预测电流控制下,补偿电流对参考电流的跟踪精度有限,而综合控制策略可以有效降低各次谐波含量㊂图12㊀补偿前及预测电流控制和无差拍重复控制下剩余谐波含量对比Fig.12㊀Comparison of residual harmonic content be-fore compensation and under predictive cur-rent control and deadbeat repetitive control4.2㊀动态测试实验为验证所提出的改进综合控制策略下APF 系统反应速度,进行谐波负载突变实验㊂图13(a)为不控整流谐波源侧负载由2Ω变为5Ω时的实验波形㊂图13(b)为不控整流谐波源侧负载由10Ω变为2Ω时的实验波形图㊂图13㊀动态性能测试波形Fig.13㊀Dynamic performance test waveform从图13(a)中看出,在切载瞬间负载电流发生跳变,APF 在控制器调节下输出补偿电流开始减小,经过3个周期以后系统趋于稳定,网侧谐波得到充分抑制㊂从图13(b)中看出,在负载动作瞬间电流发生跳变,APF 在控制器的作用下逐渐增大补偿电流,经过大约4个周期以后稳定㊂同时观察直流侧电压会因负载动作而产生波动,并对APF 端口电平产生影响,经过大约30ms 以后,直流侧电容电压及端口电平趋于稳定㊂动态实验结果表明该系统拥有良好的补偿效果与动态性能㊂5㊀结㊀论本文旨在解决传统电流控制在400Hz APF 系统中存在的 两拍 延时,导致对参考电流跟踪存在偏差和补偿效果下降的问题㊂为此,本文采用预测电流控制技术,提高追踪精度的同时加快动态响应速度,改进传统DBC 实现对给定电流的 两拍 预测,解决控制系统由于采样造成的延时补偿问题㊂同时在电流内环中嵌入重复控制,进一步消除系统周期性误差,最大程度实现补偿精度的提高㊂仿真结果表明,所提控制策略将网侧电流THD 从20.56%下降至2.77%㊂实验结果表明系统能将网侧电流THD 从10.5%降至3.13%,并通过动态切载实验验证系统具有良好的动态特性,过渡过程约30ms㊂结果表明本文所采用控制策略的正确性和有效性㊂参考文献:[1]㊀刘海春,费涛,温鹏召,等.基于LCL 滤波的400Hz 逆变器并联控制[J].电机与控制学报,2021,25(9):26.LIU Haichun,FEI Tao,WEN Pengzhao,et al.Parallel control of400Hz inverter with LCL filter[J].Electric Machines and Con-trol,2021,25(9):26.[2]㊀RODRIGUEZ J,LAI J S,FANG Z P.Multilevel inverters:a sur-vey of topologies,controls,and applications[J].IEEE Transac-tions on Industrial Electronics,2007,49(4):724.[3]㊀MIYAZAKI H,FUKUMOTO H,SUGIYAMA S,et al.Neutral-point-clamped inverter with parallel driving of IGBTs for industrial applications [J ].IEEE Transactions on Industry Applications,2000,36(1):146.[4]㊀PUHAN P S,RAY P K,POTTAPINJARA S.Performance analy-sis of shunt active filter for harmonic compensation under various non-linear loads [J].International Journal of Emerging Electric Power Systems,2020,22(1):150.[5]㊀BAHAROM R,YASSIN I M,HIDAYAT N.Active power filter14第4期李㊀样等:T 型三电平400Hz 三相APF 预测无差拍重复控制with hysteresis current control loop using rectifier boost technique [J].International Journal of Power Electronics and Drive Sys-tems,2020,11(3):178.[6]㊀李威,李庚银.MMC控制策略比较分析研究[J].电机与控制学报,2016,20(8):55.LI Wei,LI Gengyin.Research on comparative analysis of MMC control strategies[J].Electric Machines and Control,2016,20(8):55.[7]㊀王果,周末,常文寰.适用于高速铁路的三相四开关型滤波器的电流重复控制设计[J].电力自动化设备,2016,36(2):71.WANG Guo,ZHOU Mo,CHANG Wenhuan.Repetitive current control of three-phase four-switch APF for high-speed railway[J].Electric Power Automation Equipment,2016,36(2):71. [8]㊀刘亮,孟令辉,胡文涛.多电平APF特定次谐波与预测电流控制策略研究[J].电力电子技术,2018,52(5):82.LIU Liang,MENG Linghui,HU Wentao.Research on multilevel APF based on selective harmonic and predictive current control strategy[J].Power Electronics,2018,52(5):82.[9]㊀王春雷,曹东兴,曲祥旭,等.三相电压源型逆变器馈电两相混合式步进电机预测电流控制[J].电机与控制学报,2021,25(12):27.WANG Chunlei,CAO Dongxing,QU Xiangxu,et al.Predictive current control for a two-phase hybrid stepper motor fed by a three-phase voltage source inverter[J].Electric Machines and Control, 2021,25(12):27.[10]㊀杨勇,索迹,祁春清,等.三相并网逆变器电感在线辨识控制[J].电机与控制学报,2011,15(3):52.YANG Yong,SUO Ji,QI Chunqing,et al.Inductance online i-dentification control for three-phase grid-connected inverters[J].Electric Machines and Control,2011,15(3):52. [11]㊀王振浩,赵东争,庞丹,等.用于电能质量治理的三电平变流器预测无差拍重复控制优化及性能分析[J].电力自动化设备,2020,40(6):121.WANG Zhenhao,ZHAO Dongzheng,PANG Dan,et al.Optimi-zation and performance analysis of predictive deadbeat repetitivecontrol of three-level converter for power quality improvement[J].Electric Power Automation Equipment,2020,40(6):121.[12]㊀陈燕东,罗安,周乐明,等.一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法[J].中国电机工程学报,2013,33(36):9.CHEN Yandong,LUO An,ZHOU Leming,et al.A robust pre-dictive deadbeat grid-connected control method based on powerfeed-forward control[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(36):9.[13]㊀李春龙,沈颂华,卢家林,等.具有延时补偿的数字控制在PWM整流器中的应用[J].中国电机工程学报,2007,27(7):94.LI Chunlong,SHEN Songhua,LU Jialin,et al.Digital controlwith compensation of delay for PWM rectifier[J].Proceedings ofthe CSEE,2007,27(7):94.[14]㊀杨立永,杨烁,张卫平,等.单相PWM整流器改进无差拍电流预测控制方法[J].中国电机工程学报,2015,35(22):5842.YANG Liyong,YANG Shuo,ZHANG Weiping,et al.The im-proved deadbeat predictive current control method for single-phase PWM rectifiers[J].Proceedings of the CSEE,2015,35(22):5842.[15]㊀黄海宏,王钰,许若冰,等.双环重复控制三相四线制有源电力滤波器[J].电力自动化设备,2016,36(4):40.HUANG Haihong,WANG Yu,XU Ruobing,et al.Three-phasefour-wire active power filter with dual-loop repetitive control[J].Electric Power Automation Equipment,2016,36(4):40. [16]㊀张国荣,李奉顺,蒋继勇.基于电感电流和重复预测的APF数字电流控制策略[J].电力自动化设备,2018,38(6):190.ZHANG Guorong,LI Fengshun,JIANG Jiyong.Digital currentcontrol of APF based on inductance current and repetitive predic-tor[J].Electric Power Automation Equipment,2018,38(6):190.[17]㊀房俊龙,甄景龙,马文川,等.并联有源滤波器的改进重复控制策略研究[J].电力系统及其自动化学报,2020,32(2):133.FANG Junlong,ZHEN Jinglong,MA Wenchuan,et al.Re-search on improved repetitive control strategy for shunt activepower filter[J].Proceedings of the CSU-EPSA,2020,32(2):133.[18]㊀汪洋,陈权,胡存刚.基于PI+重复控制的三电平逆变器研究[J].电力电子技术,2021,55(7):113.WANG Yang,CHEN Quan,HU Cungang.Research on three-level inverter based on PI+Repetitive control[J].Power Elec-tronics,2021,55(7):113.[19]㊀李哲,吴正国,夏立,等.并联有源滤波器两步预测控制方法研究[J].电机与控制学报,2013,17(2):22.LI Zhe,WU Zhengguo,XIA Li,et al.Research on two-sample-period-ahead predictive control for active power filter[J].Elec-tric Machines and Control,2013,17(2):22.[20]㊀徐君,陈敏,鞠建永,等.基于相移控制的有源电力滤波器延时补偿策略[J].电机与控制学报,2009,13(2):255.XU Jun,CHEN Min,JU Jianyong,et al.Time delay compensa-tion based on phase-shifting for active power filter[J].ElectricMachines and Control,2009,13(2):255.(编辑:刘琳琳)24电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀。
大容量400Hz中频逆变器拓扑和数字控制技术研究
大容量400Hz中频逆变器拓扑和数字控制技术研究一、本文概述本文主要针对大容量400Hz中频逆变器展开深入研究，旨在探索其拓扑结构和数字控制技术。
对现有的大容量中频逆变器拓扑结构进行了系统的梳理和分析，对比了各种拓扑结构的优缺点，并指出了现有研究中存在的不足。
在此基础上，本文提出了一种新型的400Hz中频逆变器拓扑结构，并对其进行了详细的理论分析和仿真验证。
在数字控制技术方面，本文首先介绍了中频逆变器数字控制技术的发展现状，然后针对所提出的新型拓扑结构，设计了一套基于DSP 的数字控制系统。
本文详细阐述了该控制系统的设计原理、控制策略以及实现方法，并通过仿真实验验证了其有效性和优越性。
本文的研究成果不仅为我国大容量400Hz中频逆变器的研究和应用提供了新的思路，而且对于提高中频逆变器的性能、降低其成本具有重要的理论意义和实用价值。
二、 400中频逆变器基础理论中频逆变器作为一种关键的电能转换设备，特别是在航空航天、军事电子、医疗设备以及工业加热等领域中，因其能够产生高稳定性的400Hz交流电源而备受青睐。
本节将系统阐述400Hz中频逆变器的基础理论，包括其工作原理、主要拓扑结构及关键性能指标。
400Hz中频逆变器的基本功能是将直流电能高效地转换为频率为400Hz的交流电能。
这一过程通常涉及以下几个步骤：整流与滤波：逆变器的输入端首先接收来自外部电源（如电池组、发电机或电网经过整流后的直流电），并通过平滑滤波电路（如电容滤波器）消除直流电压中的纹波，得到稳定的直流母线电压。
脉宽调制（PWM）：逆变器的核心部分是功率开关器件（如绝缘栅双极晶体管IGBT或场效应晶体管MOSFET）组成的桥式电路。
通过控制这些开关器件的开通与关断，实现对直流母线电压的斩波，并利用适当的脉宽调制策略（如正弦波脉宽调制SPWM、空间矢量脉宽调制SVPWM等），在逆变器输出端合成近似正弦波形的400Hz交流电。
LC滤波与输出：逆变器输出端通常配备LC滤波器，由电感和电容构成，用于进一步改善输出波形质量，减少谐波含量，确保输出电流和电压的总谐波失真（THD）满足应用要求。
400hz中频电源
400hz中频电源产品简介:西安奥盈电气设备有限责任公司生产的400hz中频电源是采用我公司独特专利技术，应用高频电力电子开关变换技术，专门为航空及军用电子电气设备设计制造的400Hz中频静止变频电源，可用于飞机及机载设备、雷达、导航等军用电子设备，以及其它需要400Hz中频电源的场合，是机组式变频电源的换代产品。
本产品电压、频率均有±20%的调节范围，适用于三相平衡及任意不平衡负载，也可作为单相电源使用。
可适应阻性、容性、感性等各种类型负载和各种混合负载。
产品特点:1、采用SPWM专用芯片，控制精度高，波形品质好，可适应各种负载2、IPM高频静止逆变，体积小、重量轻、噪音低、效率高，对外界干扰小3、微处理器控制，输出电压、频率在线可调，运行及故障状态一目了然4、适用于三相平衡负载及任意不平衡负载，也可作单相电源适用5、操作显示数字LED面板，使用灵活方便，使您更为得心应手6、单独使用或装19'标准机柜均可容量500VA1KVA2KVA3KVA5KVA10KVA 输入电压220V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度≤±0.01%波形失真度THD≤2%输出电压0～150V连续可调或0～300V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺尺寸(宽×深×高)410×440×140420×450×180450×440×222560×350×700660×400×800容量15KVA20KVA30KVA45KVA60KVA100KVA 输入电压220V/380V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500 Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度≤±0.01%波形失真度THD≤2%输出电压0～150V连续可调或0～300V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺结构柜式（宽×深×高）尺寸（mm）830×450×11001200×600×1485容量200KVA300KVA输入电压220V/380V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500 Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度≤±0.01%波形失真度THD≤2%输出电压0～150V连续可调或0～300V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺尺寸(宽×深×高)mm1430×750×15601200×1920×1860容量500VA1KVA2KVA3KVA6KVA10KVA 输入电压220V/380V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500 Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度定频≤±0.01%；调频≤±0.1%波形失真度THD≤2%三相不平衡相位120°±2°；相位差<3%额定值输出电压线电压0～260V连续可调或0～520V连续可调相电压0～150V连续可调或0～300V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺结构19英寸机架式柜式尺寸（mm）高5U560×350×670830×450×1100容量15KVA30KVA60KVA100KVA200KVA300KVA 输入电压220V/380V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500 Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度定频≤±0.01%；调频≤±0.1%波形失真度THD≤2%三相不平衡相位120°±2°；相位差<3%额定值输出电压线电压0～260V连续可调或0～520V连续可调相电压0～150V连续可调或0～300V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺结构柜式（宽×深×高）尺寸（mm）830×450×11001200×600×14801200×1920×1860容量450KVA600KVA800KVA1000KVA 输入电压220V/380V±10%输入相位单相/三相四线电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式输出频率400Hz和300～500 Hz连续可调负载稳压率≤±1%频率稳定度≤±0.01%波形失真度THD≤2%输出电压线电压0～380V连续可调相电压0～150V连续可调反应时间≤2mS显示精度4位频率表解析度0.1Hz4位电压表解析度0.1v4位电流表解析度0.01A4位功率表解析度0.1w通讯接口RS232或RS485可选通讯协议MODBUS通讯协议保护功能过压、过流、过温、过载、短路保护及自动报警绝缘电抗500Vdc 20MΩ耐压绝缘1800Vac/5mA/1分钟冷却方式强制风扇制冷工作温度-20℃-40℃相对湿度0-90%（非凝结状态）海拔高度1500公尺单相400hz中频电源（小功率机型）三相400hz中频电源（小功率机型）。
400Hz中频电源设计_邢卓异
第33卷第5期应用科技V o.l 33,№.52006年5月A pp lied Science and T echno l ogyM ay 2006文章编号:1009-671X (2006)05-0053-03400H z 中频电源设计邢卓异,朱齐丹,陆 军(哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江哈尔滨,150001)摘 要:以实际工程项目中要求的中频电源为研究对象,设计了一种基于SP WM 技术的中频电源系统方案.系统以单片机和SP WM 信号发生芯片为核心,利用频率和电压反馈实现了中频电源设计.分别给出了实现本设计方案的单片机89C51与信号发生器SA 8282的接口电路、I GBT 的驱动隔离电路、外围扩展芯片、S A 8282内部结构和工作原理和软件设计流程图.关键词:中频电源;SP WM ;逆变电路;相位差中图分类号:T M 910 文献标识码:ADesi gn f or 400Hz i nter m ediate freque ncy po wer supp l yX I N G Zhuo -yi ,Z HU Q i -dan ,LU Jun(Schoo l of A uto m a tion ,H a rbi n Enginee ring U niversit y ,H arbin 150001,Ch i na )Abst ract :W ith t h e inter m ed iate fr equency powe r supply in the practica l engineeri n g pr o ject as the research ob j e ct ,a sche m e of inter m ediate frequency po w e r supply is deve loped ,whic h utilizes m icrocon tro lle rs and signal genera t o r of SP WM to r ea lize the desi g n by feedback of frequency and vo ltage .The fo llo w ing aspects are given :the block -dia -gra m o f t h e sy ste m ,inte rface circuit bet w een signal generato r of SP WM and m icrocontro lle rs of 89C51,the iso lation drive c ircuit ,t h e perphe ral expansion circuit ,SA8282’s internal struc t u re and operation principle and fl o w chart of soft w a r e design .K eywords :in t e r m edia te fr equency po w er supp l y ;SP WM ;i n ve rter ;phase difference 收稿日期:2004-11-29.作者简介:邢卓异(1980-),男,博士研究生,主要研究方向:图像处理与伺服技术,E -m ail :z huoy i 0320@h ot m ai.l co m. 高可靠和高性能的中频电源(通常为400H z )已广泛应用于航空、航天、舰船、机车、感应加热以及雷达、通信交换机等设备中.因此,对此类电源的研究具有很高的工程实用价值.文中以实际工程项目中三相400H z 中频电源为研究对象,具体技术指标为:A 、B 、C 三相均为400H z 正弦波,其中A 、B 两相为幅值26V 、400H z 相位相差90°正弦信号;C 相为幅值7V 、400H z 正弦信号,相位无特殊要求.1 中频电源基本方案和系统框图1.1 SP WM 原理及基本方案SP WM 技术是一种现代先进的变频技术,其内涵就是通过按一定的规律控制开关元件的通断,从而获得一组等幅不等宽的矩形脉冲波形,用来产生所需频率的正弦电压波.采用该技术来开发研制400H z 中频电源,技术先进,其所达到的电性能指标及可靠性都将大大优于以往多环节的中频电源.SP WM 的实现方式通常有两种:一是模拟法,二是数字法.模拟法电路较复杂,有温漂现象,影响精度,限制了系统的性能;数字法按照不同的数字模型用计算机算出各切换点,将其存入内存,然后通过查表及必要的计算产生SP WM 波.但数字法受内存影响较大,不能保证系统的精度.M ite l 公司生产的SA 系列P WM 波形产生器具有精度高、抗干扰能力强、外围电路简单等优点,其中SA828系列SP WM 产生器,可与微处理器连接,完成外围控制功能,使系统智能化,微处理器只用很少的机时去控制它,因而有能力进行整个系统的检测、保护、控制等.基于上述原因,决定采用SA 8282为核心来研制SP WM 中频电源.1.2 400H z 中频电源系统设计400H z 中频电源方框图如图1所示.其系统的基本工作原理为:直流电源经过SP WM 全桥逆变、滤波后输出.CPU 采用Inte l 公司生产的89C51单片机;SP WM 信号发生器采用SA 8282;混合集成驱动电路EXB841构成隔离驱动保护电路;逆变器主电路采用I G BT 模块.图1 400H z 中频电源方框图2 硬件电路设计2.1 SP WM 波形发生器SA 8282是M itel 公司专为三相逆变电路设计的SP WM 波形发生器,它能产生纯正弦波,尤其与CPU 组成的系统操作数字化,抗干扰能力强,接口简单,通用性好.在电路不变的情况下,通过软件修改,就可改变逆变器的性能指标,大大提高了调试效率,降低了产品成本.其主要特点如下:1)全数字化:SA 8282与微处理器的连接,适用I nte l 和M otoro la 两种总线接口,接口电路简捷.SA 8282与单片机89C51接口电路如图2所示.图2 SP WM 信号发生器与89C51接口电路2)工作方式灵活:SA8282有6个标准的TTL 电平输出,用来驱动逆变器的6个功率开关器件.可以直接通过软件写寄存器R0、R1、R2、R3、R4设定载波频率、调制频率、调制比、最小脉宽、死区时间等工作参数,无需任何外接电路.3)工作频率范围宽、精度高:三角载波频率可调,当时钟频率为12.5MH z 时,则载波频率最高可达24k H z ,输出调制频率最高可达4kH z ,输出频率的分辨率可达12位字长.全数字化的脉冲输出有很高的精度和温度稳定性.2.2 隔离驱动电路I G BT 的栅极驱动方法很多,本方案中采用的是日本富士公司推出的混合式集成化I G BT 专用驱动模块EXB84.l 它是EXB 系列驱动器中高速、大容量器件之一,集隔离、驱动和保护于一身,性能优越,充分体现出了“最优驱动和分散保护”两原则.具体应用电路如图3所示.图3 I G BT 驱动隔离电路2.3 单片机最小系统及外围扩展芯片89C 51单片机最小系统及少量的扩展外围芯片和SA8282三相P WM 产生器构成本系统控制电路.单片机完成对SA 8282的初始化、输出脉宽控制、频率控制,同时完成开环和闭环控制算法的运算及数据处理、模拟信号与数字信号的检测、保护功能和逻辑判断等.89C 51单片机有40条引脚,共分为端口线、电源线、控制线3类.其中端口线分为4组,即P0、P1、P2、P3,系统中仅用P0口和P1口进行数据交换,P0口主要用于ADC0809之间进行数据交换,构成电压反馈.P1口主要用于给SA8282传输初始化数据并根据运算的结果调整SA8282的输出.P3.4口与SA 8282的引脚21构成频率反馈.3 SA 8282工作原理和系统软件设计3.1 SA8282内部结构和工作原理SA8282内部结构和工作原理框图如图4所示,它按X (t )=A si n ωt 来产生SP WM 波形,其内部主要构成包括下面3个部分:1)接收并存储微处理器初始化命令和控制命令部分,它主要由总线控制、地址/数据总线、暂存器R0-R2、虚拟寄存器R3-R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器组成.以上是以控制字的形式来实现.在工作之前,首先进行初始化,即从微处理器向初始化寄存器和控制寄存器输入控制字,进行参数54 应 用 科 技 第33卷设置.图4 S A 8282内部结构和工作原理2)从内部ROM 中读取及产生P WM 调制波形的部分.它由地址发生器、波形ROM 及相位和控制逻辑组成.由于调制波形90°、180°、270°对称,所以波形ROM 中仅存入0～90°.SA8282根据地址发生器的信号直接从波形ROM 中读取波形数据,然后通过相位控制逻辑,把它组成0～360°正弦波.3)三相输出控制电路每相输出控制电路又由脉冲取消和脉冲延时电路构成.脉冲取消电路用来将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉.延时电路保证死区间隔,以防止转换瞬间桥路开关器件出现共同导通的现象.3.2 软件设计软件程序设计是整个逆变器控制的核心,它决定逆变器的输出特性,如电压、频率范围及稳定度、谐波含量、保护功能的完善以及可靠性等.图5为系统的程序流程图.主程序中,SA8282初始化命令和控制命令的参数计算及设置.主要用于确定频率调节范围、死区时间、输出电压幅值、中心频率等.由于三相变频专用信号产生芯片SA8282三相的相位差为120°.由电源技术要求知,A 、B 两相相位相差却是90°.通常的做法是利用复杂的外部电路调整相位.不但外部电路实现起来较为复杂,同时由于温漂等因素的存在,常常造成相位的不稳定.这里利用2片SA8282,采用软件延时方法实现.即当单片机允许第1片SA8282输出A 相和C 相后,单片机延时0.625m s 后,允许第2片SA8282输出B相,这样就实现A 、B 两相相位相差.采用软件方法实现A 、B 两相相位差,大大简化了电路结构.图5 系统程序流程图4 实验结果和结论实验结果表明,系统方案设计实现了三相频率稳定度为0.1%、幅值稳定度0.5%的中频电源,同时利用软件延时的方法,实现了A 、B 两相相位相差90°.同时,系统采用89C51单片机和SA 8282信号发生器后,正弦波控制电路大为简化、器件减少、结构紧凑,降低了成本,提高了可靠性.通过实际测试,取得了比较理想的结果,完全符合实际系统的要求.参考文献:[1]江 涛.一种新颖的精密陀螺电源[J ].电源技术应用,2000,3(3):109-110.[2]刘陵顺,鲁 芳,姜忠山.一种高精度开关稳压电源的设计[J ].仪表技术,2001(4):45-46.[3]李爱文,张承慧.现代逆变技术及其应用[M ].北京:科学出版社,2000.[4]叶慧贞.开关稳压电源[M ].北京:国防工业出版社,1994.[5]周明宝,翟文龙.电力电子技术[M ].北京:机械工业出版社,1997.[责任编辑:李雪莲]55 第5期 邢卓异,等:400H z 中频电源设计。
机场桥载静变电源常见故障诱因分析
机场桥载静变电源常见故障诱因分析摘要：本文根据机场桥载设备400Hz静变电源常见的故障及故障产生的诱因进行了详细的解析，通过归结并概括出了出现这些常见故障的各种原因，在对引发这些常见故障问题类型进行详尽讨论研究之后得出了相关的解决方法措施。
对机场桥载400Hz静变电源设备常见故障诱因及解析旨在为了后续维修桥载设备400Hz静变电源的故障能提供一些相关参考性的建议。
关键词：静变电源；设备故障；机场桥载当前中国国民生活水平不断提高，民航业也正在高速的发展，机场客流量每年节节攀升，机场的发展扩建规模也在不断增大，而机场桥载设备400Hz静变电源的安装使用也逐年递增。
海口美兰国际机场有限责任公司（以下简称美兰机场），积极响应中国民航局2018年9月印发的《民航贯彻落实〈打赢蓝天保卫战三年行动计划〉工作方案》[1]，为进一步提升APU替代设施使用率，提高公司收入，打赢蓝天保卫战，APU替代设施使用率提升工作团队发挥主观能动性，积极沟通民航局及各航司，2019年11月20日APU代替设施使用率首次达到100%，为2020年全面实现打赢蓝天保卫战APU替代设施使用率100%的目标奠定基础。
2022年2月，美兰机场使用的桥载设备400HZ静变电源已扩充到80台，其中包括T1的32台和T2航站楼自2021年12月启用投入的48台桥载静变电源设备。
面对如此诸多设备需要维护管理，必然安全运行问题也就凸显暴露出来。
所以为了保障机场设备的安全运行是作为美兰机场廊桥及桥载设备维修站的首要任务，收集设备发生的故障记录及并对这些常见故障问题归结和分析也是设备维修管理人员要讨论及研究的课题。
1机场桥载静变电源设备的优势靠电网电力提供能源的桥载设备比起使用航空煤油的飞机辅助发动机APU装置来提供电源和压缩空气，具备成本低、噪音小、排放少、更安全和舒适等优点，是低碳环保的绿色能源设备。
机场使用桥载静变电源设备替代飞机APU装置能够有效降低飞机进、出港及停场维修期间飞机的燃油消耗和APU设备本身损耗，达到节约能源和降低成本。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大学毕业设计（论文）题目：400HZ逆变电源的研究学生姓名：学号：学部（系）：机电学部电气工程及自动化系专业年级：电气工程及自动化指导教师：职称或学位年 5月20日目录摘要 (II)关键字 (II)ABSTRACT (III)KEY WORDS (III)前言 (1)1.绪论 (3)1.1数字化逆变电源的发展 (3)1.2 数字化逆变电源的控制 (3)1.3 本文主要研究内容 (3)2.直流变换器型高频环节逆变 (5)2.1SPWM脉宽调制技术 (5)2.2直流变换器型高频环节逆变 (7)2.3本章小结 (10)3.直流/交流变换器（逆变器） (11)3.1 逆变器的类型和性能指标 (11)3.2 电压型单相方波逆变电路工作原理 (11)3.3 电压型单相逆变器电压和波形控制 (11)3.4 三相逆变电路工作原理 (12)3.5 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 (12)3.6 三相逆变器电压空间矢量 (12)4.系统综述 (13)4.1 技术指标 (13)4.2 系统主电路 (21)4.3 驱动，测量，保护电路 (19)4.4 本章小结 (21)5.改进型重复控制 (22)5.1 概述 (22)5.2 数字PID控制技术 (22)5.3 重复控制技术 (23)5.4 改进型重复控制 (26)5.5 改进型重复控制器参数设定 (27)结束语 (30)参考文献 (31)致谢 (32)400HZ逆变电源的研究摘要400Hz逆变电源是航空专用电源，由于其应用的特殊场合，也就对其提出更高的要求，数字化、高效率、高性能是专用逆变电源的发展方向。
本论文针对这些要求，提出一种新颖的逆变电路拓扑结构，并以DSP2407A为控制核心，采用改进型重复控制算法，进行了400Hz逆变电源的研制。
本文对逆变主电路结构进行了分析，然后重点以Dsp2407A 为核心的控制电路的设计及改进型重复控制算法的实现。
逆变电路采用直流变换器型高频环节逆变技术，直流变换器型高频环节逆变器由直流变换器与极性反转逆变桥级联而成，具有电路结构简洁、前级工作在SPWM、后级工作在中频方波逆变、逆变桥功率开关电压应力低且实现ZVS、抗输入电压扰动能力等优点。
控制系统DSP TMS320LF2407A为核心。
目前市场上的产品大都采用模拟控制方式，其中存在控电路元件多、灵活性差、一致性差等很多问题。
本论文针对这些问题，采用数字控制器，具有硬件电路简单，系统升级方便等特点，符合现代逆变电源的发展方向，具有广阔的应用前景。
为了取得更好的控制效果，把改进型重复控制算法应用到本系统当中，改进型重复控制把重复控制与PID控制相结合，取得较好的动态和稳态特性。
关键词：直流变换器; 改进型重复控制；逆变Research on 400HZ inverter powerAbstract400Hz inverter is a special powers supply used in the aeronautical system．More demands ate proposed for its special application．Digital control、high efficiency、high capability accords with the development trend of the power supply．For this demand，paper give analyzing and researching about a novel topology of circuit and modified repetitive control stratergy based onDSP2407A．The paper will give a comprehensive introduction about a novel circuit，then we focus on control circuit design and modified repetitive control stratergy realization．High-frequency link inverter belonging to the type of direct current convertor is used in inverter circuit，and It is made up of direct current convertor and polarity reversal inverter bridge．It has many advantages，such as concision of circuit structure，the former grade working at SPWM mode，the later grade working at middle frequency quadrate wave inverter，low voltage stress of inverter bridge’S power switch and achieving ZVS，high ability of resisting input voltage disturbingIt is a digital control system based on DSP—TMS320LF2407A．There ate some disadvantages such as too many control elements、unflexible、bad consistency．Due to all of this disadvantages of analog control mode used in current products，the implementation of digital controller is described in this paper．The system has the characteristic of simple circuit and scanty cost of upgrade，accords with the development trend of modern convertor，it will have wide applications．In order to get a good control state，a modified repetitive control stratergy is proposed and realized in this system，and dynamic state and steady state characteristics are improved．KEY WORDS：Direct Current Convertor; Modified Repetitive Control；inverter前言电源系统是现代电子设备不可或缺的重要组成部分，运用先进功率电子器件及控制技术可以使逆变电源比传统电源设备具备更好的稳定性和可靠性。
400HZ中频逆变电源广泛应用于飞机、雷达、通信等领域，其对逆变电源的稳定精度、可靠性等提出了高要求。
逆变电源是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。
随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。
各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。
其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。
毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。
通常,把交流电变成直流电的过程叫做整流,完成整流功能的电路叫做整流电路；与之相对应，把直流电变成交流电的过程叫逆变,完成逆变功能的电路则称为逆变电路，而实现逆变过程的装置叫做逆变器或逆变电源。
逆变电源按照不同的分类方式可分为多种类型：（1）按照逆变电源输出交流的频率，可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。
工频逆变一般指50~60Hz的逆变电源，中频逆变的频率一般为400Hz到十几KHz；高频逆变电源的频率则一般为十几kHz到MHz。
（2）按照逆变电源的输出相数可以分为单项逆变电源、三项逆变电源和多相逆变电源。
（3）按照逆变电源输出能量的去向，可以分为有源逆变电源和无源逆变电源。
（4）按照逆变电源主电路的形式，可以分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变电源。
当然还有其他的分类方式可以把逆变电源分为不同的种类，这里不再叙述。
采用逆变技术是为了获得不同的稳定或变化形式的电能，具有很多的优点：○1灵活调节输出电压或电流的幅度和频率，如交流电动机的调速;○2将直流电转换成交流电或其他形式的直流电，如程控电话交换机；○3减小用电设备的体积和重量，节省材料。
○4高效节能。
○5动态响应快,控制性能好,电气性能指标好。
○6保护快。
现代电源技术是综合应用了电力电子、电子与电磁技术、自动控制及微处理器技术的一种多学科交叉技术。
随着电子电源的集成化、模块化、智能化的发展，功率集成技术已经模糊了整机与器件之间的界限。
进入80年代后，现代电源技术随着IGBT、功率MOSFET、IPM、MCT等新元件的出现，谐振变流、软开关、电路拓扑等新理论的支持，功率因数校正、并联均流、有源钳位、微机监控等技术的应用，使现代电源技术逐渐走上高频化。
高频化带来的直接好处就是使电源装置的小型化，并使电源产品进入到了更为广阔的领域。
现代电源技术研究的总趋势是交流电源以PWM为主流，不断提高网侧功率因数，实现功率因数近似为1的电源，并向大功率推进；直流电源以开关方式为主流，扩大输出电压的多路电压控制；进一步提高开关频率和功率密度，提高可靠性，降低电磁干扰和增强抗干扰能力并使电源模块朝着超薄型和微型化发展。
1. 绪论中频逆变电源，广泛应用于飞机、舰船、雷达、通信、导弹、车辆等领域，其技术要求高，正向着高可靠性、轻量化、智能化模块电源方向发展。