Grid-Connected Emergency Back-Up Power Supply

This paper documents design and modeling of a grid-connected emergency back-up power supply for medium power applications. Back-up power supplies are very important in regard to support electrical loads in the events of grid power outage. However, grid-integration of a back-up power supply substantiates continual power transfer to the loads, especially to the critical loads, which should not suffer from power interruptions. Therefore, design and circuit modeling of switching converters based reliable grid-tied emergency back-up power supply are presented in this paper. There are a rectifier-link boost derived battery charging circuit and a 4-switch push-pull power inverter circuit which are controlled by high frequency pulse width modulation (PWM) signals. This paper presents a state averaging model and Laplace domain transfer function of the charging circuit and a switching converter model of the power inverter circuit. A changeover relay based transfer switch controls the power flow towards the utility loads. During off-grid situations, loads are fed power by the proposed inverter circuit and during on-grid situations, battery is charged by an ac-link rectifier-fed boost converter. However, there is a relay switching circuit to control the charging phenomenon of the battery. The proposed design is simulated in PLECS and the simulation results corroborate the reliability of the presented framework.

钢轨焊接接头感应加热电源三维数学模型及其控制策略研究

钢轨焊接接头必须进行焊后正火处理以提高接头性能,感应加热正火方式相对于火焰加热正火方式具有自动化程度高、正火质量稳定、作业环境好等优势,在钢轨现场焊接接头正火中越来越得到认可。重点研究了钢轨焊接接头感应加热电源的交流侧调功的PFM、PWM、PFM&PWM三种控制方法,通过建立三种控制方法的数学模型和MATLAB三维可视化分析,发现PFM&PWM控制方法在功率开关器件的开关损耗和功率调整过程中频率变化方面具有优势。基于此,提出了基于PFM&PWM控制方法的钢轨焊接接头感应加热电源的控制策略,并结合数学模型说明了其控制轨迹,同时,设计了基于TMS320F28335 DSP芯片的软硬件,实现了该控制策略的控制波形。为钢轨焊接接头感应加热电源的优化控制提供了理论支持,有助于提高钢轨焊接接头的性能和稳定性。

卫星电源系统的数字伴飞建模方法

电源系统是卫星的重要部件,为在轨卫星提供连续稳定的能源。建立卫星电源系统数字伴飞模型,对于其在轨状态的监测、模拟、控制、预测等具有重要的意义。针对现有模型保真度较低、虚实同步困难的问题,本文提出一种卫星电源系统的数字伴飞建模方法。首先,通过电路等效法、数学等效法,状态空间平均的小信号建模等方法建立卫星电源系统高保真机理模型。其次,使用遥测数据动态参数辨识和参数提取的方法获取模型的动态输入输出,驱动机理模型动态更新。最后,利用高轨遥感卫星开展模型的数字伴飞实验验证。实验结果表明,本文提出的卫星电源伴飞模型典型输出参数的准确率高于95%,且可与在轨卫星实现0.5 s/次的虚实同步映射与数字伴飞。

开关电源滤波电容失效的故障诊断模型构建

高压滤波电容失效作为开关电源常见的故障之一,直接影响其稳定运行。为实现在不损坏开关电源结构的前提下,完成故障的高效诊断,本次提出一种基于改进深度置信网络的故障诊断模型(DBN-DF模型)。该模型可利用数据采集装置,对开关电源所在的电网电压进行隔离、滤波等处理,并根据电网电压畸变特性,判断开关电源滤波电容失效百分比,最终输出故障类别,完成故障诊断。经试验验证,DBN-DF模型相较于传统的DBN和BP模型,对于高压滤波电容故障诊断的准确性更高,且随着故障次数的增加,模型真确率准确率也相应提升,最终趋于稳定。说明该模型具有较高的实践应用价值。

矿山自动化系统中基于智能电源的能源管理优化研究

通过结合数学建模和仿真实验,深入探讨了智能电源在矿山自动化系统中的能源管理优化,构建和验证了智能电源的电路、控制及优化模型,以提高系统效能。研究考察智能电源在不同工况下的性能表现,证明其能够显著提高系统能源利用效率,减少能源浪费,并突出其在矿山环境中的实际适用性。文章研究不仅为智能电源在矿山自动化系统中的具体应用提供了数学模型和实验数据支持,也为类似工业环境中的能源管理提供了新的思路和方法,为未来类似系统的实际应用提供了科学依据。

无轴承开关磁阻电机实验平台的设计与实现

将无轴承技术应用于开关磁阻电机中可充分发挥该电机的高速适应性,并拓宽其在微型和大功率领域中的应用。该文在已有数学模型基础上,针对其电磁转矩和悬浮力的控制特点,设计了以DSP-LF2407A为控制核心的数模混合控制实验平台。实验平台包括无轴承开关磁阻电机本体、DSP数字控制器、电流滞环控制器、PID调节单元、3套功率逆变器、传感器和相关辅助电路,并对其工作原理进行了分析。在此基础上设计了控制系统的软件,并给出了主要子程序的流程图。通过对整个实验平台硬软件的联合调试,实现了无轴承开关磁阻电机的稳定悬浮。

设置扇形边界死区的电压型PWM整流器直接功率控制

利用电压型PWM整流器的数学模型分析了PWM整流器直接功率控制(DPC)的原理,讨论了功率滞环比较器环宽对PWM整流器的影响.为了降低开关频率和减少开关损失, 增加功率滞环比较器环宽则引起瞬时有功功率和直流电压波动现象;提出了设置扇形边界死区的控制策略,减少扇形边界误选开关量现象,使瞬时有功功率和直流电压波形趋于平稳. 通过Simulink环境下仿真模型的仿真,证明了该策略的可行性.

需求弹性对统一出清电价下发电容量持留的影响

分析了统一出清电价机制对发电商持留容量的激励,针对电力市场设计中应充分考虑需求响应的积极作用,建立了需求曲线线性条件下的需求弹性对单个及N个不同发电商临界及最优持留容量的影响的详细数学模型,并用实例进行了仿真。仿真结果证实了在单一买方的实时电力市场中引入需求价格弹性的必要性,而且随着需求弹性的增加发电商有利可图的持留容量空间也趋于萎缩,因此可以作为制约发电商利用容量持留而哄抬电价的有力工具。

推挽式DC/DC开关电源的设计与校正

文章给出了应用状态空间平均法所建立的推挽式 DC/DC变换器的动态小信号数学模型 ,得出了闭环系统框图和传递函数。并在此基础上应用自动控制理论设计和校正了一系统。分析了比例校正方式对系统性能的影响 ,并展望了对系统性能更好的校正方式。

新型高压直流输电的开关函数建模与分析

新型高压直流输电--基于电压源换流器(VSC)的新型高压直流输电(VSC-HVDC)的拓扑 结构变化复杂。文中通过引入单极性二值逻辑开关函数,建立了能够反映VSC-HVDC内部特性 和物理过程的开关函数数学模型。该模型中计及了换流变压器的不同变比及三相电网电压的不平 衡,具有一般性。EMTDC和MATLAB中的仿真结果表明该模型在具有很高准确度的同时,还能 显著缩短仿真时间,提高仿真效率。

长初级直线感应电机分段供电切换暂态过程

针对采用常规分段供电方式的长初级直线感应电机由于次级的运动,其覆盖每段定子的长度不断变化,导致通电定子段电机参数不断变化,无法对负载实现精确控制的缺点,设计了带中间母排结构的分段供电网络,可以保证电机在整个运行过程中模型和参数固定不变,能够利用现有各种控制算法实现高性能控制。对于采用反并联晶闸管作为分段供电切换开关,从晶闸管开通和关断的"数学——物理"模型出发,分析了分段供电切换过程中开关暂态过程及其对电机性能的影响。利用某采用分段供电的长初级双边直线感应电动机原理样机进行实验,实验结果与理论分析相吻合,验证了理论分析的正确性。

全桥型DC/DC开关电源的建模与控制

应用状态空间平均法建立了全桥型DC/DC变换器的动态小信号数学模型,依此得出了电压闭环系统控制框图和传递函数。在此基础上应用自动控制理论校正了该系统,并分析了补偿网络对系统动、静态性能的影响,最后通过MATLAB仿真结果和实验波形验证了小信号数学模型的正确性和实用性。

开关电源共模传导干扰模型的研究

该文分析了一台单相小功率回扫式开关电源的传导干扰源和共模干扰传播通道,在细致分析回扫变压器绕组和屏蔽层作用的基础上,建立了开关电源的共模传导干扰电路模型。具体说明了各干扰源的作用。根据模型,提出了串联共模变压器和并联补偿绕组的方法,以改善电源输出端共模干扰的抑制效果,并进行了验证。文中对输出采用同步整流管对共模传导干扰模型的影响也进行了分析。

基于Simulink的飞机电源系统建模与仿真

分析了某型号飞机的电源系统,讨论了发电机模型和负载模型及其相互关系,以发电部分为例,采用微增量和分段线性化的方法,建立了以发电机为核心的电源系统发电部分数学模型。最后利用Matlab软件中的Simulink工具箱,根据系统各部分模型间的关系建立了整个电源系统仿真模型,并对其进行了仿真研究。仿真结果表明,所建立模型简单、方便、仿真精度高。

UPFC暂态数学模型及其应用

针对 UPFC拓扑结构变化复杂的特点 ,通过引入开关函数的概念 ,建立了可反映 UPFC内部特性的统一的暂态过程的数学模型 ,与开关管动作时序、控制参数相结合可描述 UPFC及其控制系统的动态过程。将其应用于 IEEE First Benchmark Model,对 UPFC的暂态数学模型及其阻尼次同步谐振的控制策略进行了时域仿真计算 ,结果表明了暂态数学模型和控制策略的正确性。

用于电压波动研究的交流电弧炉电弧模型

电弧炉对供电系统造成的电能质量问题主要是引起供电系统电压波动。建立了用于电压波动研究的电弧模型,新模型是将确定性电弧模型与弧长变化规则相结合来模拟电弧炉负荷的非线性和随机性。其中确定性电弧模型以能量守恒定律为基础,用非线性微分方程描述电弧电导、电流和弧长之间的函数关系;电弧弧长变化规则是在理想弧长基础上叠加带通白噪声。在Simulink环境下,将新的电弧数学模型作为一个等效电压源接入电弧炉供电系统进行仿真。通过与现场实测数据进行对比,证明新模型可用于仿真研究电弧炉引起的供电系统电压波动问题。

磁悬浮轴承开关功率放大器等效数学模型

磁悬浮轴承功率放大器是开关型系统,需要从理论上准确地分析开关功率放大器实际特性以指导电路的设计。在三电平脉宽调制功率放大器输出负载电流原理的基础上,运用傅里叶级数理论分析建立了磁悬浮轴承开关功率放大器闭环系统的数学模型并推导出输出负载电流的数学解析式。对该数学模型及数学解析式进行仿真研究,并将仿真结果与Orcad电路软件仿真结果及实验结果相比较,三种结果基本吻合,表明研究的数学模型及解析式是可行有效的。设计的磁悬浮轴承三电平功率放大器使高速磁悬浮电动机在60000r/min的转速下稳定运行。

高频开关电源模糊内模PID控制器设计

针对移相全桥开关电源系统的主电路结构及传统PID控制器参数调节复杂的问题,首先应用状态空间平均法建立了全桥型变换器的动态小信号数学模型,模型仿真验证了数学模型的准确性;在此基础上,根据内模控制器的设计原则,设计了内模-PID控制器,以减少可调参数的数量,降低参数调节的复杂性,并引入模糊算法,构成模糊内模-PID控制器,从而兼顾控制器的动态性能和鲁棒性能。最终仿真,证明了所设计控制器的有效性。

一种反激式开关电源的设计与仿真

为实现小功率开关电源的小型化、高效化和低成本,提出了一种基于电流型PWM芯片UC3842控制下双路输出的反激式开关电源。研究了电源的拓扑结构和工作原理,详细分析了EMI滤波器和整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制电路、反馈检测电路的关键参数和设计过程。利用Saber软件的仿真工具箱搭建了电路闭环仿真模型,模拟反激式电路的环路控制,实现两路直流输出5V/1A和15V/1A,效率高达90%。仿真结果证明了设计的正确性和可行性。

基于离散变速趋近律的模糊滑模高频开关电源控制

状态空间平均法建立的小信号模型存在不适用于工作点在较大参数范围内变化的局限性,为了克服该缺点,采用准线性建模方法对移相全桥高频开关电源进行建模。在此基础上,选取了线性切换函数和基于变速趋近律的控制率,设计了一种高频开关电源模糊滑模变结构控制器。该控制器能够克服传统高频开关电源控制器动态响应特性较慢、对系统条件突变调节效果不理想的不足。仿真结果表明,所设计的模糊滑模变结构控制器与一般滑模变结构控制器相比,具有更好的控制效果、鲁棒性和动态性能,有效降低了抖振。利用所设计的控制器实现了对1.2k W高频开关电源样机的良好控制,进一步证明了所提方法的有效性。