城市照明绿色节能智能调控系统

【摘要】：随着能源的枯竭和碳排放量的增加,节能环保已经成为现代社会中的一种必然趋势。人工照明所消耗的电能在年发电量中占很大的比重。现在常见的各种节能灯具的节能电压普遍都要低于城市电网提供的220V交流电压。城市照明绿色节能智能调控系统将市电提供的220V交流电压调节到节能电压来节省电能,并且输出的电压谐波成分小。 论文介绍了城市照明绿色节能智能调控的基本原理和系统构成。分析了城市电网电压和频率的变化规律,照明灯具的工作原理及性质。研究了交流斩波调压电路的拓扑结构和交流斩波控制的时序。系统使用CPLD控制芯片构成控制电路,使用IGBT器件构成交流斩波调压电路,使用霍尔传感器检测主电路中的电压和电流信号。通过对交流斩波拓扑结构的研究,设计了本文使用的交流斩波电路结构。通过对不同性质负载的电压和电流的相位研究,设计了一种电压电流过零检测方法,避开过零点附近振荡过零区域,避免主电路产生短路。通过对交流斩波控制时序的研究,针对阻感性负载和阻容性负载会导致斩波失控的问题,设计了带过零检测非互补斩波控制时序。通过对负载性质的研究,设计了一种逐渐改变PWM控制信号占空比的控制方法,实现电压的软过渡。通过对交流斩波电路输出的电压谐波成分的分析,设计了LC滤波网络。 项目验证阶段使用所设计的系统向不同性质的负载供电,通过连续多次实验表明所设计的城市照明绿色节能智能调控系统在驱动不同性质负载的情况下都能稳定持久运行。在实验过程中通过对系统内部控制信号的测试,证明使用设计的过零检测电路能避免交流市电过零时导致的短路现象。设计的系统实现了电压软过渡的目的,避免了主电路中出现电压过冲和过电流现象。系统向负载提供的交流电压中谐波含量小,无电压波形畸变。 【关键词】：节能 交流斩波 过零检测 波形畸变 谐波 软过渡 PWM控制
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 论文的背景及意义9
• 1.2 国内外现状9-10
• 1.3 研究的主要内容10-11
• 1.3.1 交流斩波调压部分分析10-11
• 1.3.2 交流斩波控制部分分析11
• 1.4 文章结构安排11-13
• 2 系统原理及系统方案设计13-21
• 2.1 系统设计13-15
• 2.1.1 设计原理简介13
• 2.1.2 系统设计13-14
• 2.1.3 交流斩波控制部分总体设计14-15
• 2.2 交流斩波调压原理15-17
• 2.3 城市照明绿色节能智能调控系统控制过程17
• 2.4 负载的研究17-21
• 2.4.1 放电灯基本原理18-19
• 2.4.2 放电灯的应用19-21
• 3 PWM交流斩波电路主拓扑结构设计与研究21-30
• 3.1 电力电子器件参数分析22-24
• 3.2 双向开关拓扑结构24-26
• 3.3 IGBT驱动电路与保护电路分析26-30
• 3.3.1 驱动电路设计与分析26-27
• 3.3.2 上电后斩波电路延迟控制设计27-28
• 3.3.3 滤波电路和保护电路设计28-30
• 4 过零检测电路设计30-36
• 4.1 斩波控制相位分析30-31
• 4.2 过零检测设计31-33
• 4.3 相位调节的频域分析33-34
• 4.4 霍尔传感器简介34-36
• 5 控制时序分析36-47
• 5.1 相控式交流调压控制时序分析36-39
• 5.1.1 纯阻性负载分析36-38
• 5.1.2 阻感性负载分析38-39
• 5.2 互补式交流斩波控制时序分析39-41
• 5.2.1 纯阻性负载分析39-40
• 5.2.2 阻感性负载和阻容性负载分析40-41
• 5.3 非互补式交流斩波控制时序分析41-43
• 5.3.1 纯阻性负载分析41-42
• 5.3.2 阻感性和阻容性负载分析42-43
• 5.4 基于过零检测的非互补式交流斩波控制时序分析43-47
• 5.4.1 互补式和非互补式交流斩波时序比较43-44
• 5.4.2 本文使用的控制时序分析44-47
• 6 交流斩波控制系统软件及硬件设计47-66
• 6.1 控制系统硬件设计47-52
• 6.1.1 控制系统硬件整体设计47
• 6.1.2 负载启动检测电路设计47-50
• 6.1.3 负载启动检测电路仿真实验50-51
• 6.1.4 时钟信号发生电路51-52
• 6.2 CPLD控制程序整体分析52-53
• 6.3 斩波逻辑运算设计53-55
• 6.4 PWM占空比控制设计55-57
• 6.4.1 CPLD中PWM占空比控制设计55-57
• 6.4.2 CPLD中PWM占空比控制仿真57
• 6.5 外部信号控制PWM占空比设计57-60
• 6.5.1 CPLD中外部信号控制PWM占空比设计57-59
• 6.5.2 CPLD中外部信号控制PWM占空比设计仿真59-60
• 6.6 启动后的延迟设计60-62
• 6.6.1 CPLD中启动延迟设计60-61
• 6.6.2 CPLD中启动延迟设计仿真61-62
• 6.7 CPLD中信号的滤波分频设计62-63
• 6.8 CPLD中信号输出控制设计63-66
• 7 系统仿真与实验66-76
• 7.1 仿真66-70
• 7.1.1 整个系统CPLD控制时序的MAX+PLUSⅡ仿真66-67
• 7.1.2 城市照明绿色节能智能调控系统输出的MATLAB仿真67-70
• 7.2 实验70-76
• 7.2.1 实验设备70-71
• 7.2.2 实验结果71-76
• 8 结论76-79
• 8.1 总结76
• 8.2 结论76-77
• 8.3 改进77-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士期间发表的论文82-83
• 致谢83-85

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