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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張立穎
研究生(外文):Li-Ying Chang
論文名稱:針對數位控制脈寬調變轉換器於運算時間延遲之相位領前補償方法
論文名稱(外文):Phase Advance Compensation for Computational Time Delay of a Digital Controlled PWM Converter
指導教授:鄭博泰
指導教授(外文):Po-Tai Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:轉換器主動濾波能量回生時間延遲數位信號處理器
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近年來,由於數位信號處理器對於實現複雜控制法及程式撰寫的便利性,許多電力電子之應用皆偏好使用數位信號處理器來實現控制法。然而數位信號處理器所伴隨的時間延遲卻使得控制法在實現上有未盡理想之處。以並聯式主動濾波器為例,其濾波效果之優劣主要取決於電流控制的能力,若以數位信號處理器來實現其電流控制法,則所造成的時間延遲勢必降低電流的追隨性能,進而影響整體濾波的效果。因此,關於數位信號處理器時間延遲之研究遂成為一重要課題。
目前在各式電流控制法中,以預測電流調節器最常應用於並聯式主動濾波器,其對諧波電流的追隨性能及定頻操作為其最大優點。因此本文特針對數位控制器的時間延遲對預測電流調節器所產生的影響加以研究及提出補償方法,並以電腦模擬及實驗測試結果來驗證本文所提之控制
Recently, many power electronics applications use digital signal processors for control implementation because of their advantages in handling complex mathematics operations and easy programming. However, the inherent time delay of the digital signal processor deteriorates its control performance. For example, the filtering capability of the shunt active filter highly depends on the current control capability. The time delay of the digital signal processor reduces the current tracking capability and harmonic compensation performance. Thus, the research on the time delay of the digital controller becomes an issue.
The predictive current regulator is often used for shunt active filters because it has the advantages of high current tracking capability and fixed switching frequency operation. This thesis studies the effect of the time-delay caused by digital controllers on the predictive current regulator, and proposes a compensation method. Computer simulation and laboratory test results are presented to validate the functionalities of the proposed method.
目錄

誌謝……..…..…..………………………………………………………..…. III
中文摘要..…..…..………………………………………………………..… III
英文摘要........………..……..……………………………………………… III
目錄..…………..…………………………………………………………… IV
圖目錄……..………….…………….……………………………………… VI
表目錄……..……………………………………………………………......IIX
第一章 .緒論……..………………..……………………….…...….……..0 1
第一章1.1 簡介….…………………………………………………..…..001
第一章1.2 論文大綱……………………………………….……………003
第二章 .文獻回顧…………………….…………………….……………004
第二章2.1 簡介….…………………………………………………..…..004
第二章2.2 數位控制器之時間延遲原因….……………………………024
第二章2.82.2.1 一階低通濾波器近似法……………………………….025
第二章2.62.2.2 零階保持器近似法…………………………………….026
第二章2.62.2.3 空間向量推導法……………………………………….027
第二章2.62.2.4 結論….……………………………………………..…..010
第二章2.3 時間延遲補償………………….……………………………011
第二章2.4 DAXC系統…………….……………………………………012
第二章2.5 總結………………………………………………………….013
第三章 .操作原理………….…………………………………………….014
第二章3.1 簡介………………….………………………………………014
第二章3.2 DAXC系統控制原理………….……………………………016
第二章3.33.2.1 主動濾波控制原理…………………………………….016
第二章2.63.2.2 直流鏈電壓控制原理………………………………….017
第二章2.63.2.3 預測電流調節器….……………………………………017
第二章3.3 時間延遲分析………………….……………………………020
第二章3.4 時間延遲補償………………….……………………………022
第二章3.5 總結………………………………………………………….025
第四章 .模擬結果與分析………….…………………………………….026
第二章4.1 簡介……………………….…………………………………026
第二章4.2 DAXC系統操作於取樣頻率fs=10kHz之模擬結果……….029
第二章4.3 DAXC系統操作於取樣頻率fs=20kHz之模擬結果……….038
第二章4.4 總結………………………………………………………….046
第五章 .實驗結果與分析………………………………………………..050
第二章5.1 簡介………………………………………………………….050
第二章5.2 DAXC系統操作於取樣頻率fs=10kHz之模擬結果……….053
第二章5.3 DAXC系統操作於取樣頻率fs=20kHz之模擬結果……….062
第二章5.4 總結……………………………………………………….....070
第六章 .結論…………………………………………………………......074
參考文獻………..……..…………………………………………………… 76
附錄………..……..………………………………………………………… 79



圖目錄

圖1-1 DAXC系統電路架構圖………………………………………….002
圖2-1 電流控制方塊圖…….……………………...…………………….005
圖2-2 取樣時間Ts、三角波週期Tcarr、PWM延遲TPWM及等效時間延0.4遲Tei與三角波之關係圖。(a)取樣兩次(b)取樣一次……....…….006
圖2-3 使用零階保持器重建之信號及其平滑近似曲線…...…..………006
圖2-4 數位信號處理時序圖………….………………………………....008
圖2-5 電流控制方塊圖……….…………………...…………………….009
圖2-6 同步參考座標與參考電壓向量關係圖………..………………...009
圖2-7 DAXC系統電路架構圖………………………………………….013
圖3-1 DAXC系統電路架構圖………………………………………….014
圖3-2 DAXC系統之控制方塊圖……………………………………….015
圖3-3 數位電流調節器示意圖………………………………………….019
圖3-4 實際信號輸出延遲之示意圖…………………………………….021
圖3-5 經時間延遲補償後之DAXC系統控制方塊圖………………….023
圖4-1 DAXC系統模擬架構圖………………………………………….028
圖4-2 轉換器啟動前之市電電流is波形與頻譜圖……………………030
圖4-3 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)....031
圖4-4 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)前)…………………………………………………………………032
圖4-5 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償後)…033
圖4-6 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)後)…………………………………………………………………034
圖4-7 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=10kHz,相位補償前)……………………….036
圖4-8 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=10kHz,相位補償後)……………………….037
圖4-9 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)....039
圖4-10 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)前)……………………………………………………………….040
圖4-11 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償後)...041
圖4-12 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)後)…………………………………………………………………042
圖4-13 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=20kHz,相位補償前)……………………….044
圖4-14 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=20kHz,相位補償後)……………………….045
圖5-1 實驗室之系統架構圖…………………………………………….052
圖5-2 轉換器啟動前之市電電流is波形與頻譜圖……………………054
圖5-3 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)…055
圖5-4 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)前)…………………………………………………………………056
圖5-5 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償後)....057
圖5-6 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=10kHz,相位補償前)後)…………………………………………………………………058
圖5-7 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=10kHz,相位補償前)……………………….060
圖5-8 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=10kHz,相位補償後)……………………….061
圖5-9 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)....063
圖5-10 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)前)…………………………………………………………………...064
圖5-11 轉換器輸出電流i*與i波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償後)...065
圖5-12 轉換器啟動後之市電電流is波形與頻譜圖(fs=20kHz,相位補償前)後)…………………………………………………………………066
圖5-13 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=20kHz,相位補償前)……………………….068
圖5-14 負載回送能量期間,市電電壓E與轉換器輸出電流i之波形、 頻頻譜圖與相位圖(fs=20kHz,相位補償後)……………………….069
圖A-1 市電電壓偵測電路……………………………………………….079
圖A-2 霍爾元件Nana C. T.腳位圖…………………………………..….080
圖A-3 直流鏈電壓偵測電路…………………………………………….081
圖A-4 DSP PWM信號控制電路……………………………………..….082
圖A-5 IGBT閘級驅動電路…………………………………………….083
圖A-6 實驗室測試平台………………………………………………….084
圖A-7 IGBT轉換器…………………………………………..………….084
圖A-8 直流迴路電感Lf1、Lf2與二極體D1、D2……………..…………….084
圖A-9 升壓變壓器、自耦變壓器……………………………………….084
圖A-10 TMS320C6711數位信號處理器……………………………….085
圖A-11 IGBT 閘極驅動電路…………………………………………….085
圖A-12 DSP PWM信號控制電路……………………………………….085
圖A-13 回授信號偵測電路……………………………………………….085
圖A-14 轉換器輸出端LC濾波器……………………………………….086
圖A-15 Ls、Ll、Cdc2及Rl………………………………………………....….086
圖A-16 Lr及Rr……………………………………………………….…….086
圖A-17 電源端Δ-Y變壓器…………………………………………….086














表目錄

表2-1 三種分析法對PWM輸出延遲與增益之比較…………………...010
表4-1 相位補償前後,市電電流is各主要成分之比較(fs=10kHz)….….047
表4-2 相位補償前後,i*與i之誤差比較(fs=10kHz)….………………....047
表4-3 相位補償前後,市電電流is各主要成分之比較(fs=20kHz)….….048
表4-4 相位補償前後,i*與i之誤差比較(fs=20kHz)….………………....048
表4-5 能量回升時,相位補償前後E與i之相位差比較….…………...049
表5-1 相位補償前後,市電電流is各主要成分之比較(fs=10kHz)…..…071
表5-2 相位補償前後,i*與i之誤差比較(fs=10kHz)….………………....071
表5-3 相位補償前後,市電電流is各主要成分之比較(fs=20kHz)…..…072
表5-4 相位補償前後,i*與i之誤差比較(fs=20kHz)….………………....072
表5-5 能量回升時,相位補償前後E與i之相位差比較….…………...073
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