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主题:电力电子技术应用 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-03-17

电力电子技术应用论文范文

电力电子技术应用论文

目录

  1. 第一篇电力电子技术应用论文范文参考:智能功率集成电路中功率半导体器件的研究
  2. 第二篇电力电子技术应用论文样文:电子电力变压器若干关键技术研究与实现
  3. 第三篇电力电子技术应用论文范文模板:大功率注入式有源电力滤波器的理论研究及工程应用
  4. 第四篇电力电子技术应用论文范例:集成模块电源拓扑标准化的研究
  5. 第五篇电力电子技术应用论文范文格式:PM* DTC无传感器运行及传感器集成研究

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第一篇电力电子技术应用论文范文参考:智能功率集成电路中功率半导体器件的研究

电力电子技术是目前最先进的电能变换技术,它能高效地将电能从一种方便传输的形式变为另一种符合应用需求的形式,具有高度灵活性和高效率两个显著特点,与当代节能环保的主题密切契合.

作为新一代的电力电子技术,智能功率集成电路旨在将所有的高压功率器件与低压电路集成在同一芯片上,这样不仅会提高芯片整体的性能,而且能够降低生产成本,进一步实现电能变换的高效化和智能化.其中,功率器件本身的设计以及如何将它与低压部分集成并隔离是最为核心的技术点.

陈星弼教授提出的优化横向变掺杂理论,能够使表面耐压区在尽可能短的距离内实现尽可能大的耐压,从而令功率器件的性价比达到极高的水准.基于该理论,陈教授发明了一种智能功率集成技术,能在与普通CMOS及/或BiCMOS技术兼容的工艺条件下,于同一芯片上集成高侧高压器件、低侧高压器件、高压电平位移电路和所有的低压电路.这一发明打破了过去制作智能芯片必须依赖精良隔离工艺的技术瓶颈,实现了真正把功率做到芯片中去的目标,不仅使智能功率集成电路能在工艺水平较为落后的国内环境下获得研发,而且有力地驱动了它往高性能、低成本的方向发展,对推动电力电子技术的进步具有非凡的意义.

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为进一步扩大上述发明的优势,本文以理论分析和仿真实验相结合的手段,提出并研究了一系列基于优化横向变掺杂理论的新型功率半导体器件及结边缘终端结构.所取得的成果不仅可为进一步优化智能功率集成电路提供参考,部分也可为改善功率半导体分立器件及结边缘技术提供参考.

研究期间所做工作体现在本文的第二至六章,创新性内容为第三至第六章,创新工作的主要内容为:

1.研究了图腾柱式功率管组合中,高侧器件使用P-LDMOS代替N-LDMOS的利与弊,并基于优化横向变掺杂的三层表面耐压结构进一步开发了一种双通道P-LDMOS.传统的智能功率集成电路一般使用N-LDMOS作为高侧及低侧的功率器件,因此高侧与低侧电路之间的参考电位差值最大可达到最高电压.为匹配它们,常常需要设计许多的配套电路,例如信号延迟电路、高压电平位移电路等.如果高侧器件采用P-LDMOS,高侧与低侧的信号电位水平将一致,上述问题自然不攻自破,不仅低压集成电路的设计难度被减小、芯片的制造成本被降低,而且可靠性还得到加强.但一般P-LDMOS的导电能力很弱,同耐压下比导通电阻比N-LDMOS的大许多,限制了它作为高侧器件的应用.本研究基于优化横向变掺杂的三层表面耐压结构进一步开发了一种双通道P-LDMOS,成功地克服了这一障碍,令P-LDMOS拥有媲美N-LDMOS的导电能力,适合作为高侧器件应用到功率集成电路中.

2.提出并实验了一种基于优化横向变掺杂理论的新型低侧功率器件.传统的低侧功率器件一般仅使用横向MOS,占用较大的芯片面积.如果将低侧功率器件做成纵向MOS与横向MOS的并联,势必能减小低侧功率器件的比导通电阻.而且,此时的横向MOS既是拥有一定导电能力的元器件,亦作为了纵向MOS的结边缘结构,这也为优化功率半导体分立器件提供了参考.

3.提出并实验了一种有助于优化横向变掺杂产品抵御剂量偏差的设计手段.横向变掺杂以及结终端扩展等结构,与生俱来地敏感于剂量偏离于设计值的情况,而这一情况即使在现代工艺条件下也无法避免.本文提出的设计手段能够在产品实际剂量与设计值之间存在一定偏差时,仍保证其具有符合要求的耐压,能大幅提高产品的成品率,而又不损害其性价比.

4.基于优化横向变掺杂理论,提出了一种新型的结边缘终端技术.它不仅继承了优化横向变掺杂理论高效的特点,即仅需占用极小的结边缘面积就可实现极大的表面耐压,而且可为功率集成电路提供全效的终端保护,即所实现的结边缘耐压能够完全达到同衬底所做的单边突变平行平面结的击穿电压.同时,该技术的制造工艺与普通BiCMOS技术兼容,也能够适用于各种类型和不同尺寸的半导体器件.

第二篇电力电子技术应用论文样文:电子电力变压器若干关键技术研究与实现

电力系统是现代社会不可缺少的重要组成部分,而电力变压器广泛应用于电力系统中,承担着电位隔离、电压变换等功能.近几十年,电力网络的规模日趋扩大、结构日趋复杂、运行方式日趋繁琐,导致电力系统稳定问题日趋明显;大量非线性和非对称负荷接入电网,导致电能质量下降,使电力系统不能为对电能质量敏感的负荷提供高品质供电;21世纪初学者提出了“智能电网”的概念,作为“智能电网”的重要组成部分,交/直流微网的智能化运行方式和灵活电网结构成为研究热点,其需要灵活的交直流变换的电力接口.传统电力设备尤其是传统电力变压器的智能控制手段和交直流电力接口功能非常有限,不能改善系统稳定性问题,不能解决电能品质问题,不能提供智能控制,不能提供灵活交直流电力接口功能.电子电力变压器是一种基于电力电子变流技术的新型电力变压器,不仅可以完成传统电力变压器的功能,还具有完全的可控性、并能提供多种电能形式,所以电子电力变压器具备解决未来电网面临的诸多问题的能力.本文从电力电子技术、电力系统应用需求和高压大功率工程样机等三个主要方面,详细介绍了电子电力变压器的建模、分析、仿真、设计、实现以及相关实验.

本文首先分析了适合应用于电力系统的高压大功率领域的电子电力变压器的基本拓扑结构.基于此电力电子变换器拓扑结构,本文建立了电子电力变压器内部参数结构模型,详细分析了其内部电气参数的计算方法并给出计算公式,该计算公式描述了电子电力变压器目标参数(原副方直流电压纹波和中频变压器绕组电流)与原副方交流电压和电流相位的关系,最后通过仿真和实验验证该模型和计算方法的正确性.基于此模型及其分析,本文提出了电子电力变压器硬件设计原则与流程,各个元件必须按照其电压和电流可能出现的最大值设计.根据电子电力变压器目标参数与原副方交流电压和电流相位的变化规律,本文提出了原副方交流电压和电流相位优化控制策略,该控制策略可以显著抑制电子电力变压器主要元件的纹波电压和最大电流,进而减小装置体积、降低设计成本.

电子电力变压器具有较强的谐波抑制能力,原副方交流电压和电流的谐波不能相互影响;通过多电平技术、并联控制技术和开关时刻优化控制技术,可以显著抑制电子电力变压器自身产生的谐波.在开关时刻优化控制的基础上,本文提出优化调整直流电压的控制方法,更进一步抑制电子电力变压器交流侧谐波.最后通过仿真和实验验证优化调整直流电压控制方法的谐波抑制效果.

针对级联多电平电子电力变压器拓扑结构在解决电力系统三相不对称问题和灵活的并网接口问题的不足,本文提出并分析了基于模块化多电平换流器(MMC)结构的自平衡电子电力变压器(MMC-AEPT).该拓扑结构可以有效地隔离副方三相负荷不对称对原方三相电流的影响,并有效地隔离原方三相电源不平衡对三相负荷的影响.同时,MMC-AEPT可以提供高压直流母线和低压直流母线,提供灵活智能的电力网络接口,为交/直流微网等新型电网结构和智能运行方式提供核心的电力设备.

最后,本文详细介绍了10kV/400V0.5MVA电子电力变压器的研制,详细介绍电子电力变压器关键环节的设计要求和设计原则;同时详细介绍其主要元件的测试实验方法与流程.所述的内容适用于指导各种类似电子电力变压器拓扑的装置的设计与实验.

第三篇电力电子技术应用论文范文模板:大功率注入式有源电力滤波器的理论研究及工程应用

世界范围内电力市场改革的目标在于提高电力生产与运行的效率,提供更加完善的电力系统辅助服务,用以提高电力系统的安全与稳定,加强电力系统的可靠性,并保证较高的电能质量.但随着大量新型电力电子设备投入电网中实用,一方面给电能的变换和应用带来了方便,另一方面又给电力系统带来了较严重的电能质量问题,如谐波污染、无功问题、电压波动及不平衡等.无源滤波器(Passive Filter,简称PF)作为传统的谐波治理手段,由于存在只能滤除特定次谐波和可能与电网发生串并联谐振等缺点,将逐步被新型装置所取代.有源电力滤波器(Active Power Filter,简称APF)被公认为是治理电网谐波及无功污染、改善电能质量最有效的手段,现已成为电力电子技术应用中一个比较新的研究热点.本文针对最基础、最实用并且最利于产业化的并联型有源电力滤波器进行了较为系统和深入的理论与应用研究,为其在厂矿企业的实用化奠定了较好的基础.

本文首先根据某厂矿企业的中高压配电网治理谐波的实际情况,综合考虑谐波治理以及无功功率补偿等要求,提出了一种新型大功率单独注入式有源电力滤波器( High-capacity Active Power Filter with Single Injection Circuit,简称HAPFSIC),其注入支路给谐波提供一条低阻抗的通道,阻隔电网电压并能补偿一定的无功,而流过注入支路的基波电流都将流入谐振于基波频率的串联LC网络中,使HAPFSIC的逆变器容量较小兼具一定容量的无功静补能力.在根据HAPFSIC的结构特点,建立了控制系统方程后,依次对其拓扑结构、补偿特性等进行了深入研究和仿真分析,得出该装置有源部分承受的电网基波电压不大,也没有基波电流流入,逆变器容量小,初期投资较小的结论.

准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流,为有源电力滤波器控制系统进行精确补偿提供参考信号,是决定有源电力滤波器补偿性能优劣的关键,本文考虑了实际运行过程中出现的电网电压频率缓慢变化和基波电流发生突变的情况,在兼顾满足有源电力滤波器谐波检测的实时性和准确性要求的前提下,提出了一种基于扩展普罗尼谱估计的自适应频率跟踪电流分频检测算法.这种方法是用具有幅值、相位和频率的N个指数组合来逼近一个等间隔长度为L的采样数据序列,采用自适应调整算法中LMS算法在线优化扩展普罗尼谱估计法中电导矩阵的频率,该算法仅需求解幅值,计算量很小,在一定程度上实现了在小于一个基波周期的时间内跟踪负载的变化.

选择不同的有源滤波器控制方法将直接影响系统的响应速度和谐波治理效果,而HAPFSIC是电力电子开关器件的变流器,是一个天然的变结构系统,采用滑模变结构控制具有非常明显的优势.但传统滑模变结构控制中控制器的结构只在切换曲面两侧变化,不能够无静差地跟踪参考输入信号,因此根据本系统中大多数负载(如整流器、电机、计算机等电气设备)的电流变化缓慢(相对于电网基波周期),并呈现出周期性的特点,本文提出了一种基于重复预测的改进滑模变结构控制算法,它结合滑模变结构控制算法响应速度快和重复控制算法无稳态误差的优点,兼顾了动态性能和控制精度的统一,不会使得电网电流出现明显的高频开关毛刺,非常适合于HAPFSIC的控制,完全能够满足厂矿企业配电网谐波治理应用的要求.

最后本文在理论分析和实践经验的基础上,根据江西某厂有源电力滤波器应用的实例,以系统能量成本和滤波装置投资成本最小化为目的,提出了一套包括HAPFSIC的结构和参数设计方法等内容的谐波抑制方案,可为并联型有源电力滤波器的推广应用提供有益的参考和借鉴.该应用方案对HAPFSIC中主电路各组成部分的参数优化设计、装置的实际工程应用等方面进行了详细论述,并结合计算机仿真实验,证明了HAPFSIC在现场运行的可行性和有效性,并在实地进行了投运,取得了良好的应用效果.

第四篇电力电子技术应用论文范例:集成模块电源拓扑标准化的研究

电力电子系统集成是当今电力电子技术研究的重要课题,引领电力电子技术朝集成化、标准化和模块化方向发展.高集成度的标准模块技术的研究是电力电子系统集成工作的重要组成部分,也是影响电力电子系统集成能否成功推广的关键因素.本论文从标准模块的分类、拓扑选择的标准、适合系统集成的软开关理论、标准模块拓扑结构的选择和优化、变拓扑柔性变流器理论、小信号电路的优化等方面探讨了电力电子系统集成的技术,提出了若干新思路.

电力电子系统集成的应用对象是世界上主流的电源产品,文中首先对此进行了调查和分析,分析了各种电力电子系统的要求、结构和特点.为了涵盖尽量多的应用又能够减少标准模块的种类,提出采用电压和功率两种等级交叉的方式对标准模块进行大的电气规格的分类,综合实际的应用得到14种常用的DC/DC标准模块大类.提出了DC/DC拓扑选择的4大准则,针对一些经典的DC/DC拓扑和较新的DC/DC拓扑与这四大标准的关系进行了评价.得出了电气规格和拓扑之间的直接对应关系.


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分析了电力电子系统集成标准模块所需要的软开关技术,为中小功率和中功率标准模块提出了控制型软开关的概念和理论,明确了控制型软开关的定义,总结和归纳出控制型软开关的五个特征,利用现有的控制型软开关拓扑检验了这五个特征理论.接着应用五个特征理论推导和构造出一系列拓扑的控制型软开关的实现方法.为小功率标准模块推荐了准谐振反激变流器作为软开关候选拓扑.

针对系统集成的特殊要求,对一些经典的PWM型拓扑进行改进和改造,为系统集成提供更佳的候选拓扑及方案.首先对于较高电压输入的系统集成小功率标准模块,提出了宽范围双管反激DC/DC变流器,拓展了占空比范围,提高了宽范围适应性.其次对于较高电压输入的系统集成中小功率标准模块,又提出了宽范围双管正激变流器系列,其中包含3种非对称双管正激变流器,对其中两种变流器提出了控制型软开关的实现方法.最后为采用同步整流的低压大电流标准模块提出了一种适合并联的同步整流自驱动方案.解决了多个模块并联时会产生短路现象的问题,同时单机运行时的性能又不受损害.

针对系统集成的特殊要求,对经典的谐振型拓扑进行改进和改造,为系统集成提供更佳的候选拓扑及方案.介绍了LLC-4的发展历程,并从最基本结构的非隔离LLC-4出发详细分析了LLC-4的特性.给出了LLC-4在实际产品中的应用例子(液晶电视电源和网络交换机电源).为了拓展LLC在高输入电压的应用,为三相之后的DC/DC标准模块提供优选拓扑,探讨了带4个死区时间的三电平LLC-4.为适应高电压输出标准模块的应用构造了倍压整流LLC-4结构,为了进一步降低副边元器件的电压应力又构造了副边电压应力最小化的LLC-4,使得副边所有元器件的电压应力为输出电压的一半.构造了结构非常简单的半波整流LLC-4,进而提出了非对称多路输出LLC-4的概念,由于结构灵活多变,多路输出LLC-4非常适合带拓展性的多路输出的标准模块的应用.将“分时”的概念用于LLC-4,提出了利用磁放大器作后级调整的LLC-4,大大提高了多路输出电源的交叉调整率.针对输入或输出大低压大电流的标准模块的应用,又提出了Interleaving的LLC-4,将断续的输入或输出电流改造成连续的电流,拓展了LLC-4适用的功率等级.对以上提出的LLC-4优化的结构都给出了仿真波形或者实验波形.最后总结了LLC-4输入侧和输出侧的各种结构,列举了部分常用的LLC-4结构.

为了进一步提高标准模块的通用性,探索性地提出电力电子变拓扑柔性变流器的概念和理论,明确了柔性变流器子集的概念,并给出了4个较佳的子集例子.研究了柔性变流器切换点和切换方式的选取方法.给出了一个完整的变拓扑柔性变流器的实例,并且进行了实验验证,还给出了小信号的处理方法.

给出了实用的小信号测量和分析的方法,探讨了“增大中频宽度法”和“平移补偿网络法”作为微调小信号特性的有效手段.针对宽电压输入范围的Buck型变流器,提出了采用输入电压作为小信号传函的补偿量的方法,起到抵消功率级传函中V_(in)分量的作用,使得环路增益不随输入电压改变而改变.采用该方法,在宽输入电压范围应用下可以很好地兼顾变流器的稳定性和动态特性.针对宽输出电压范围的Buck型变流器的应用,分析了各种调节输出电压的手段,提出了采用不影响小信号传函但是又能调节输出电压的方法,采用该方法可以实现在不同输出电压时尽量一致的环路增益.最后分析了柔性变流器的小信号特征,并提出相应的解决方案.

第五篇电力电子技术应用论文范文格式:PM* DTC无传感器运行及传感器集成研究

目前,电力电子技术的发展已处于十分关键时刻,电力电子系统集成技术、标准化和模块化技术是解决电力电子技术发展面临的障碍、进一步拓展电力电子技术应用领域最有希望的出路,系统集成已成为电力电子技术新的发展方向.电力电子系统集成包含电力电子子系统的集成和电力电子应用系统的集成两个层次的含义.作为电力电子应用系统集成的高性能的电力电子集成传动系统,不仅应包含集成化的电力电子功率变换模块和滤波器模块,还应包含集成化的传感器模块,用它将电机转子位置和速度的估计、端电压和电流的检测、转矩和磁链的观测等三类传感器的功能集成于一体.其中,电压和电流信号可通过霍尔器件直接检测获得,而转子位置和转速、磁链和转矩信号须通过一定的算法估算获取.本论文从系统集成的角度对永磁同步电机直接转矩控制无传感器运行和传感器集成技术进行了深入研究,研究的基本理论问题主要包括:①PM*转子初始位置自检测,②高精度的PM*定子磁链观测器,③PM* DTC转矩、磁链、电流脉动的消减技术,④适合PM* DTC无传感器运行的速度估算算法,⑤传动系统用概念性集成传感器模块.

具体内容如下: 1.研究传统PM* DTC的运行机理,进行数学建模并进行仿真和实验验证,以总结、归纳出PM* DTC无传感器运行研究中需要解决的问题.

2.将有限元仿真和实验相结合研究了基于脉振高频电压信号注入的PM*转子初始位置自检测.利用注入电机中的高频信号引起d、q轴磁路饱和程度的差异实现了隐极、凸极两种PM*转子初始位置自检测,再利用定子铁芯的非线性磁化特性,通过注入脉冲的方法,进一步判断出永磁体的N、S极极性.实验结果表明,转子初始位置自检测误差小于5°,电角度,满足PM*起动、定位要求,为PM*高性能控制策略的实现创造了前提条件.

3.提出适合PM* DTC应用的非线性正交反馈补偿磁链观测器.在PM* DTC及其无传感器运行中,定子磁链的准确观测十分重要,磁链观测的准确性可通过与反电势的正交性来判断.若观测的磁链和反电势不正交,则必须进行磁链补偿,若观测的磁链和反电势正交,则无需磁链补偿.但这必须基于磁链及反电势为连续函数的条件才能实现.考虑到PM* DTC下定子磁链和反电势非连续的特点,必须对其加以平滑使之连续才可进行矢量点积,本文对定子磁链和反电势信号设计了平滑处理电路,并通过正交性判断确定磁链补偿程度,实现了定子磁链的准确观测.

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