高压钠灯PSPICE建模及其节能控制方法的研究和实现

【摘要】： 高压钠灯作为第三代光源,具有光效高、寿命长等优点,广泛用于道路、桥梁等照明领域。在电力能源日趋紧张的当今社会,无论从社会效益还是经济效益方面看,对高压钠灯及相关节能装置的研发都是一项非常紧迫的任务。近年来,随着绿色照明工程的实施和发展,我国高效照明产品市场需求量日益扩大,照明节能成效显著。 本文从课题产生的背景意义出发,对气体放电灯的原理展开研究,并着重讨论了高压气体放电光源的发光机理以及电学特性,进而选择其中最具代表性的高压钠灯深入分析,得出高压钠灯的一种通用模型—灯电极模型,并借助PSPICE仿真软件进行建模仿真,为高压钠灯节能控制方法的研究和实现提供了必要的理论依据。 本文提出了高压钠灯调压的节能控制方法,并通过对当前国内外常用的照明节能控制器调压方法的分析、比较,提出了交流斩波控制法调压的方案。在论证了交流斩波控制法调压的可行性之后,本文进一步阐述了整个节能控制系统的结构以及硬件的设计,包括斩波主电路、IGBT驱动电路以及电压电流检测电路等。实验表明,本文提出的高压钠灯节能控制方法输出波形稳定,节能效果明显,且对公网谐波污染非常小。 【关键词】：高压钠灯 PSPICE 节能 交流斩波
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM923.324
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景及“绿色照明”理念10-11
• 1.2 电光源的分类及发展11-14
• 1.2.1 热辐射光源11-12
• 1.2.2 气体放电光源12-13
• 1.2.3 半导体发光二极管13-14
• 1.3 本课题研究的主要内容14-15
• 第二章 气体放电灯的基本原理15-29
• 2.1 原子结构与气体放电15-16
• 2.2 气体放电空间带电粒子的行为16-24
• 2.2.1 电子发射和电极16-19
• 2.2.2 碰撞、激发与电离19-21
• 2.2.3 带电粒子在气体中的运动21-23
• 2.2.4 带电粒子的消失23-24
• 2.3 气体放电灯的电特性24-29
• 2.3.1 气体放电灯的伏安特性24-25
• 2.3.2 辉光放电25-27
• 2.3.3 弧光放电27-29
• 第三章 高压钠灯PSPICE建模29-45
• 3.1 高压气体放电灯的几种常见物理模型29-36
• 3.1.1 高压气体放电灯的低频、高频下不同的电学特征29-31
• 3.1.2 Francis 等效电导模型31-32
• 3.1.3 多参数模型32-33
• 3.1.4 灯电极模型33-36
• 3.2 高压钠灯的PSPICE 灯电极模型36-42
• 3.2.1 PSPICE 简介36-38
• 3.2.2 高压钠灯PSPICE 建模38-42
• 3.3 高压钠灯的PSPICE 灯电极模型仿真与验证42-45
• 第四章 高压钠灯节能控制方法的主电路原理与设计45-66
• 4.1 照明节能的主要方法45-46
• 4.2 高压钠灯照明节能装置的节能策略46-48
• 4.3 常用照明节能设备调压方法及性能比较48-53
• 4.4 交流斩波控制法调压53-58
• 4.4.1 交流斩波控制方式的数学原理53-54
• 4.4.2 几种交流斩波控制电路拓扑的比较54-56
• 4.4.3 单管反串联双向电子开关的两种拓扑56-58
• 4.5 高压钠灯节能控制方法主电路控制方案58-60
• 4.6 输出滤波电路的设计60-63
• 4.7 IGBT 缓冲电路及其参数设计63-66
• 第五章 高压钠灯节能控制系统及硬件实现66-79
• 5.1 系统结构66-67
• 5.2 驱动信号硬件互锁保护电路67-68
• 5.3 IGBT 驱动电路68-73
• 5.3.1 IGBT 对栅极驱动电路的要求68-70
• 5.3.2 IGBT 栅极驱动电路应满足的条件70-71
• 5.3.3 栅极串联电阻及栅极驱动波形的上升、下降速率71
• 5.3.4 IGBT 栅极驱动电路的设计71-73
• 5.4 电压电流采样电路73-76
• 5.4.1 负载电压相位检测电路73-74
• 5.4.2 负载电压幅值检测及调理电路74-75
• 5.4.3 负载电流幅值检测及调理电路75-76
• 5.5 系统实验结果76-79
• 5.5.1 IGBT 栅极驱动波形76-77
• 5.5.2 斩波输出电压波形77-79
• 第六章 总结和展望79-81
• 参考文献81-83
• 致谢83-84
• 攻读学位期间发表的学术论文目录84

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