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高频开关电化学电源主电路的优化设计

作　者: 段振涛
导　师: 丘东元
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电化学电源移相全桥软开关滤波
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电化学工业的蓬勃发展,生产过程中陆续引入了电流波形、电流频率、溶液流速、溶液温度等因素作为控制参量,使得电化学产品的质量不断提高,同时对电化学电源设备的控制精度、响应速度、电磁兼容性等性能的要求也越来越高。另外,电化学工业生产过程能耗巨大,电化学电源的功率等级一般为数百千瓦甚至更高,为了节能增效,坚持可持续发展,必须努力提高电化学电源的电能转换效率。目前国内外的大功率电化学电源主要为可控硅整流式电源,普遍存在能耗高、效率低、控制精度低、体积大、笨重等缺陷。与之相比,高频开关电化学电源具有体积小、重量轻、效率高、动态性能好等优势,应用前景十分广阔,具有很重要的研究意义。本文设计制作了一台高频软开关电化学电源,主要研究内容如下:(1)对常用高频开关电源主电路拓扑及软开关实现方式进行分析和比较,结合电化学电源的具体要求,建立了合理的整体设计方案;(2)综合考虑各方面因素,合理设计移相全桥变换器工作频率、死区时间、谐振元件等参数,并且在样机调试过程中对其进行优化,使开关管在尽量宽的负载范围内实现软开关,节能增效;(3)分析了传统LC滤波电路中高频纹波产生的原因,并通过仿真验证理论分析的正确性,继而提出一种大电流直流输出下的零纹波新型滤波电路,仿真和实验表明该滤波电路的有效性;(4)成功制作了一台高频软开关电化学电源样机,实验结果表明,该样机各项性能都满足设计要求,证实了本设计方案的可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 电化学电源的发展  10-11
  1.2 大功率高频开关电源研究现状  11-12
  1.3 高频开关电化学电源的关键技术  12-15
    1.3.1 电化学电源中的软开关技术  12-14
    1.3.2 电化学电源对输出纹波的要求  14-15
  1.4 论文主要研究内容  15-16
  1.5 本章小结  16-17
第二章整体方案的设计  17-24
  2.1 主电路拓扑的选择  17-18
  2.2 软开关技术方案分析  18-22
    2.2.1 软开关技术方案的选择  18-19
    2.2.2 零电压开关移相全桥变换器工作过程  19-22
  2.3 控制策略的选择  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章全桥变换器的设计  24-31
  3.1 工作频率的确定  24
  3.2 死区时间的设计  24-25
  3.3 谐振元件的参数设计  25-26
    3.3.1 超前桥臂的设计  25-26
    3.3.2 滞后桥臂的设计  26
  3.4 隔直电容的设计  26-27
  3.5 谐振参数的优化  27-30
    3.5.1 死区时间的调节  28-29
    3.5.2 滞后管谐振电容的调节  29-30
  3.6 本章小结  30-31
第四章高频变压器的设计  31-35
  4.1 变压器的设计要求  31
  4.2 变压器磁芯的选择  31-32
  4.3 初级绕组的设计  32-33
  4.4 次级绕组的设计  33-34
  4.5 本章小结  34-35
第五章输入输出整流器的设计  35-40
  5.1 输入整流部分的设计  35-37
    5.1.1 输入整流器的设计  35-36
    5.1.2 输入滤波器的设计  36-37
  5.2 输出整流电路的设计  37-39
  5.3 本章小结  39-40
第六章输出滤波电路的设计  40-55
  6.1 传统LC滤波电路  40-46
    6.1.1 LC滤波电路的设计  40-43
    6.1.2 高频纹波成因分析  43-46
  6.2 新型滤波电路  46-51
    6.2.1 新型滤波电路的提出  46
    6.2.2 新型滤波电路的滤波特性  46-51
  6.3 新型滤波电路的仿真  51-54
  6.4 本章小结  54-55
第七章仿真及实验结果  55-64
  7.1 整体电路图及系统仿真  55-59
    7.1.1 电源整机电路图  55-57
    7.1.2 系统仿真  57-59
  7.2 实验结果  59-63
    7.2.1 零电压软开关的实现  60-61
    7.2.2 新型滤波技术的应用  61-62
    7.2.3 负载跳变实验  62-63
  7.3 本章小结  63-64
总结  64-65
  1 本文所做的工作  64
  2 进一步的工作设想  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间取得的研究成果  68-70
致谢  70-71
附件  71

高频开关电化学电源主电路的优化设计

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