稠油电加热嵌入式控制装置设计及其试验

为提高稠油井电加热系统的加热效率,解决油田中频电源加热运行控制主要依靠人工经验设置和低效的自动控制造成电能浪费的现状,本文设计了稠油电加热嵌入式控制装置。基于非嵌入式获取的油井生产电信号,以稠油开采电机的电功率为闭环反馈信号,获取油液最优温度的参考输入。在此基础之上,通过井口油液温度的微分反馈环节,改善温度迟滞效应,实现中频电源的节能优化控制。通过对嵌入式硬件核心电路模块的设计和主要软件功能的开发,不仅实现了稠油井电加热过程的动态控制,还实现了各项运行指标的现场及云端的实时监测。稠油井场试验分析表明,所设计的稠油电加热嵌入式控制装置符合井场节能安全的生产需求,节约能耗可达20%。

中频加热电源模糊自适应PID控制系统的设计与实现

针对中频感应加热电源控制系统存在着严重的非线性、参数时变性以及滞后性和惯性缺陷,同时考虑采用常规PID控制很难取得较好的控制效果,设计了一种模糊自适应PID控制系统。该系统结合模糊控制和常规PID控制两种算法的优势,利用模糊控制在线性整定和修改PID的控制参数,较好地解决了系统的存在问题,获得了良好的动态性能和静态性能。在分析模糊自适应PID控制算法的基础上,详细介绍了模糊化处理、模糊控制规则建立表以及模糊判决和决策表等,分别给出了模糊自适应PID控制参数在线整定程序流程,上位机程序的设计方法,系统硬件组成和工作原理,以及主要部件特性等。通过对系统MATLAB仿真分析,其结果表明:该系统与常规PID控制相比较,具有控制精度高、响应速度快、稳定性好的特点,明显改善了中频感应加热电源的控制效果,具有一定的推广价值。

ROV水下电源设计及仿真

ROV水下电源是制约ROV发展的关键部件。本文从水下电源的组成、功能、方案、结构等方面系统介绍了ROV电源的设计过程,选用了中频变压+12脉波不控整流的主拓扑方案,并通过仿真验证了其可行性。结构布局上首次提出了充油耐压电源舱+电源控制干舱的形式。本设计方案将为ROV水下电源的发展提供有力的支撑。

ISP-PLD在晶闸管中频电源中的应用

介绍了ISP-PLD的原理、特点以及开发方法和步骤。ISP-PLD是20世纪80年代末发展起来的新型器件,其逻辑功能可在线进行修改或重构,在电子领域中引入了“软硬件”这个全新的概念,为数字电路的设计建立了新平台。研制了以ISP-PLD为控制核心的晶闸管中频电源。中频电源是金属熔炼、锻压透热、表面热处理和材料焊接的重要加热手段,晶闸管中频电源具有体积小、质量轻、效率高、噪声小、操作简单、维护方便等优点,已成为中频电源的主流。ISP-PLD的应用,实现了电源的数字触发、输出特性控制、零压扫频起动等功能。

航空变频交流真空灭弧室的设计研究

随着航空电气负载的增长,传统恒压恒频电源已难以满足需求,变频电源正成为现代飞机电气系统的发展方向。变频条件下真空灭弧技术面临三方面的挑战:一是开断难度的增加,二是通流能力下降,三是小体积、轻量化的设计限制。通过两个关键技术:小体积下的开断能力提升技术,轻量化结构下的通流能力设计方法,提出适应航空变频条件的变频灭弧室设计方案。分析变频条件下影响电流开断能力的触头因素,设计灭弧室小体积触头结构。提出一体式外置主屏蔽罩结构方案,为增加触头直径提升开断能力提供保障。提出趋肤效应下的导体结构轻量化方法,采用外置屏蔽罩增加散热能力,研制出了航空变频交流真空灭弧室。基于设计的三相接触器样机搭建了符合航空变频条件的实验环境,对灭弧室的开断能力、绝缘性能与温升情况进行了实验研究。结果表明:设计的灭弧室能够在360~800 Hz频率范围内有效开断过载电流1.68 kA,样机成功开断50次三相过载电流1.1 kA。开断前后三相主回路接触压降稳定,最高仅为83.49 mV,所有接触压降均低于设计值100 mV。整机重量仅为975 g,满足设计要求的同时具备更高开断能力。研究为航空变频电源系统的发展提供了实验数据支持,对推进航空电器领域真空开断技术应用具有重要意义。

ISP-PLD控制的数字化中频电源

中频电源是金属熔炼、锻压透热、表面热处理和材料焊接的重要加热手段,晶闸管中频电源具有体积小、质量轻、效率高、噪声小、操作简单、维护方便等优点,已成为中频电源的主流。本文研制了以ISP-PLD为控制核心的数字化晶闸管电源,控制电路中输入和输出ISP-PLD的信号皆为数字量,其内部也采用数字运算,实现了电源的数字触发、输出特性控制、零压扫频启动等功能。介绍了ISP-PLD的原理、特点以及开发方法和步骤。

GW-0.5t 无芯感应熔炼炉可控硅中频电源改造

针对ＧＷ—０．５ｔ无芯感应熔炼炉所用可控硅中频电源存在的问题，分析了内外桥启动电路在适应负载变化上的局限性，总结了采用预充电启动电路对可控硅中频电源进行改造的情况和试运行结果。

AL-808P人工智能温度控制器恒温控制100kW中频电源感应加热球齿钎头固齿机研制

热嵌固齿法是生产大直径高品质球齿钎头的关键工艺,箱式炉加热球齿钎头时固齿,产品加热质量得不到保证。设计了中频加热恒温控制球齿钎头固齿机组,保证了加热产品质量,核心难点就是工艺要求中频电源加热要恒温控制球齿钎头整体温度在520℃进行固齿。本文就介绍了感应器的设计原理、AL-808P人工智能温度控制器在恒温控制100 kW中频电源感应加热球齿钎头的使用效果。

中波广播发射机故障分析与处理方法

中波广播发射机的运行情况,直接影响中波广播无线覆盖网的覆盖。尽管当前的中波广播发射机组件及整体的运行性能得到了提升,但在实际运行中,发射机仍然会出现一些故障,影响广播节目传输的效果。基于此,在介绍中波广播发射机的基础上,就当前主要使用的故障分析方法以及典型故障的处理方法进行分析研究,为中波广播发射机故障的科学分析与处理提供参考。

浅析某船中频静止电源故障与解决方案

中频静止电源装置作为动力系统及通讯导航等系统供电的电源,肩负着海上安全航行的重要任务。中频电源的发展,经历了从早期简易的中频发电机组到后来的可控硅式变频电源的过程,成为目前新一代变频电源装置,广泛应用于航空及军用电子电气设备。随着中频电源设备的不断升级换代,对中频电源设备的安装及调试要求也越来越高,由此引发的故障现象也日益频繁。本文着重对中频静止电源装置的典型故障进行分析并给出解决方案,为后续解决相关设备故障问题提供参考。

400Hz中频单相电压源逆变器的输出控制及其并联运行控制

中频电源由于其较高的输出频率,要想得到较好的输出电压波形和较大的输出功率,则比工频逆变器的控制更加困难。针对400Hz中频逆变器的特点,给出了一种带幅值环的双闭环单相逆变器控制策略,得到了很好输出波形。并提出了一种介于有线和无线并联控制方法之间的共享同步信号的外特性下垂控制方法,以及用于消除直流环流的直流偏置电压下垂方法,将上述方法应用于中频逆变电源的并联运行控制,取得了很好的均流效果。介绍了该方案的理论依据,并搭建了两台1.5kW的实验样机,实验结果证明了该方案的有效性。

400Hz中频单相电压源逆变器的并联运行控制

针对两个并联联接的单相电压源逆变器进行了详细的电路分析,证明了每个逆变器输出电压的幅值和相位可以分别由其输出功率的无功分量和有功分量单独控制。并针对400Hz逆变器的特点,提出了一种共享同步信号的外特性下垂控制方法,取得了很好的均流效果。通过在Matlab上的仿真和在两台1.5kW样机上的实验,证明了该方案的有效性。

一种用于静止式中频电源的比例谐振控制策略

针对静止式中频电源基波频率高,传统的控制方法谐波抑制困难且难以实现无静差输出等问题,依据变压器等效理论,建立了静止式中频电源数学模型。在详细分析了比例谐振控制策略的原理和特性的基础上,提出了一种双闭环比例谐振控制策略,即负载电流内环和负载电压外环均采用比例谐振控制的算法,并结合系统稳定性判据给出了各主要控制参数的设计方法。仿真和实验结果表明,双闭环比例谐振控制策略可以有效地抑制负载扰动影响,控制器参数的调节性强,带宽调节裕度大,且对低次谐波具有选择性补偿功能,满足非线性负载要求,保证输出电压总谐波含量小于2%。

静止式中频电源谐波分析及抑制方法

对静止式中频电源的谐波分析和抑制方法进行研究,分析了静止式中频电源拓扑结构,在推导了多电平PWM输出电压波形解析表达式的基础上,总结出输出电压边频带谐波分布规律和谐波总畸变率变化规律。分别针对高次谐波和低次谐波采用不同抑制手段的特点,给出了LC滤波器的参数设计方法,并提出利用双闭环多重比例谐振控制器抑制低次谐波的方法,即负载电流内环和负载电压外环均采用多重比例谐振控制器。最后在研制的300 kV.A样机上进行了实验验证,证明了理论分析的正确性和谐波抑制方法的有效性。

多谐振最优伺服控制器在中频电源中的应用

针对标准线性二次型调节器(LQR)不能无静差跟踪参考以及比例谐振(PR)控制器带非线性负载时输出电压总谐波畸变率过高的问题,提出一种多谐振最优伺服控制算法并应用到中频电源设计中。该方法能够实现闭环系统稳定和渐进跟踪,同时还具有动态响应快、抑制谐波能力强的优点。建立中频电源系统模型,并对最优控制和多谐振伺服控制进行理论分析,通过系统矩阵维数增广的方法将最优跟踪问题转化为最优调节问题,利用Matlab软件的lqr函数求解出状态反馈增益矩阵。通过仿真软件和实验样机对整个系统进行了仿真和实验验证,结果表明:所设计的控制器使闭环系统具有良好的稳态性能和动态性能,稳态电压稳定在114.8~115.2V,动态响应恢复时间在10ms以内,对非线性负载具有较强的谐波抑制能力,输出电压总谐波远少于PR控制和鲁棒控制等方法。

大容量箔绕式中频变压器散热气道设计方法

针对传统电力变压器风冷散热设计方法难以满足大容量中频变压器散热需求的问题,首先基于中压大容量DC/DC变流器拓扑及其移相控制PWM方式,讨论了非正弦供电中频变压器的铜耗、铁耗计算方法;然后,基于损耗平均分布的原则提出非正弦供电大容量中频箔绕式变压器散热气道设计方法,进行散热风道的精细设计,实现了变压器各发热体的良好散热,并进行了有限元仿真及温升试验。试验结果表明:绕组气道平均风速达到12.6m/s,绕组温升49K(温升限值85K),验证了该散热气道设计方法的有效性。

中频电源间谐波发射特性机理研究

针对中频电源间谐波严重危害电力设备的安全稳定运行问题,基于中频电源的电路拓扑结构,深入分析了此设备间谐波的产生机理。首先分别对中频电源中整流器和半桥逆变器的谐波发生特性进行了数学建模;然后结合两者的谐波传递规律推导出中频电源间谐波发射机理的数学模型;最后以十二脉中频电源为例,分别对其进行了仿真设计和实测数据分析。仿真结果和实测数据结果表明,该间谐波数学模型准确描述了中频电源间谐波的发射特性,其模型准确度可满足工程应用的要求。

静止式中频电源组网系统模式切换暂态过程控制

静止式中频电源组网系统模式切换暂态控制对于整个系统的稳定运行有着至关重要的作用。为此,分析了静止式中频电源组网过程中带与不带本地负载时组网、独立运行的原理,并以此为基础,深入研究开关顺序对组网系统模式切换暂态过程的影响,得出组网时模式开关先闭合、脱网时静态开关先分断为最优开关顺序的结论;同时,为了保证组网单元在组网和脱网过程中以较小的电流冲击实现模式切换的平稳过渡,提出一种静止式中频电源组网系统模式切换平滑控制策略,即通过电流峰值的平均分配及峰值、相位的平滑调节,实现从机单元的无冲击并网,并给出具体实施步骤。仿真和实验结果证明了模式切换暂态过程理论分析的正确性及平滑控制的有效性。

400Hz中频电源复合控制策略研究

提出一种基于重复控制和多环反馈控制的复合控制方法,该方法可以提高用于400Hz中频电源中的单相恒压恒频PWM逆变器的动态和稳态响应。其中,重复控制器用于在稳态情况下产生高质量的输出电压。多环反馈控制器则用来改善系统的动态特性。该控制策略已在一台基于DSP全数字控制400Hz中频电源装置上得到了验证。

基于锁相环技术的晶闸管中频电源启动电路

介绍一种新的晶闸管中频电源启动电路。它由压控振荡器产生它激扫频信号,数字锁相环自动跟踪负载谐振信号频率,实现电源的可靠启动。经现场工业应用证明,该电路性能稳定,启动成功率高,有效地解决了其它启动电路的缺陷。