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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:郭家龍
研究生(外文):Kuo,Jia-long
論文名稱:磁滯電流控制法於併網之應用
論文名稱(外文):Grid Connected Application with Hysteresis Current Control Method
指導教授:謝宗煌謝宗煌引用關係
指導教授(外文):Tsung.Huang-hsieh
口試委員:郭鴻熹楊瑞錶蔡政宏
口試委員(外文):Kuo, Hung-hsiYang, Jui-PiaoTsai, Cheng-Hung
口試日期:2012-06-18
學位類別:碩士
校院名稱:中華科技大學
系所名稱:機電光工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:綠色能源變流器磁滯電流控制器功率因數總諧波失真率
外文關鍵詞:green energyconverterinverterhysteresiscurrent controllerpower factorTotal harmonic distortion
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  綠色能源之應用是重要議題,本研究設計及研製風力發電機與市電併聯的控
制器。由風力發電機所產生之電壓整流濾波,經過直流轉換電路及變流器轉換成
交流電,最後再由本研究之磁滯電流控制器與市電併聯同步運轉。以磁滯電流控
制法為基礎之控制器,以市電電壓作為變流器輸出電流的同步參考信號,使變流
器輸出功率因數趨近於一。
  本研究先以PSim 軟體模擬其功能及優越性,並將設計電路雕刻成電路板實
現。本研究以市電之電壓作為變流器電流相位之參考訊號,因此變流器輸出之電
流頻率是隨著市電之電壓變化,研究結果顯示本磁滯電流控制器能成功的追隨,
且總諧波失真率在IEEE 標準範圍內。
  本研究應用於綠色能源與市電並網,能達到節能減碳效果與減少碳排放具有
良好的貢獻。
The application of green energy is an important issue. This study design and implementation the controller for the wind power and the grid connected. The voltage of the wind power should be rectifier, filter, DC to DC converter, and inverter to the alternating current. The hysteresis current controller is application with parallel synchronous operation. The Hysteresis current controller using the grid voltage as reference signal so that the phase of the inverter output current is in phase with the voltage, therefore the output of inverter is unity power factor .
There are two steps in this study. The first, Using the PSim software to simulate the system. The Second, design and implement the circuit into a circuit board. In this study, using the grid voltage phase as a reference signal for the inverter current so that the frequency of the inverter output current variations with the grid voltage variations, the results show that the hysteresis current controller can follow the reference command. On the other, the Total harmonic distortion (THD) is Satisfied with the IEEE standard.
This research has good contribution for the energy shortage and carbon reduction.

目 次

中文摘要 I
英文摘要 II
表圖目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 論文架構 4
第二章 系統架構及動作原理 5
2.1 系統架構 5
2.2 三相二極體整流器 7
2.3 DC/DC轉換器電路架構 8
2.4 DC/AC變流器電路架構 12
2.4.1 正弦脈波寬度調變 13
2.4.2 電流模式調變 16
2.5 濾波電路 17
第三章 風力發電機介紹 18
3.1 風力發電機特性 19
第四章 控制系統之分析與設計 22
4.1 磁滯電流控制系統之分析 22
4.2 控制系統之設計 25

第五章 硬體電路設計 27
5.1 DC/DC升壓電路 27
5.2 全橋式變流器電路 29
5.3 交流電流回授電路 29
5.4 交流電壓回授電路 30
5.5 磁滯控制電路 31
5.6 電路佈局 32
第六章 研究成果 34
6.1 硬體成果 34
6.1.1 三相二極體整流器 35
6.1.2 DC/DC升壓電路 37
6.1.3 全橋式變流器電路 39
6.1.4 交流電流回授電路 41
6.1.5 交流電壓回授電路 43
6.1.6 磁滯控制電路 45
6.2 磁滯電流控制變流器之設計模擬成果 48
6.3 市電並聯運轉實驗成果 53
第七章 結論與未來研究方向 61
參考文獻 62
附錄
作者簡介

表圖目錄

表7-1 模擬系統之參數值 48
圖1-1 單級系統 2
圖1-2 多級系統 2
圖2-1 風力發電之變流器與市電並聯數位控制器硬體架構 6
圖2-2 電流偵測電路 6
圖2-3 變流器控制電路之程序 7
圖2-4 三相二極體整流器之電路 7
圖2-5 三相二極體整流器之波形 8
圖2-6 降壓式轉換器 9
圖2-7 升壓式轉換器 9
圖2-8 昇降壓轉換器 9
圖2-9 電感電流連續導通模式 11
圖2-10 電感電流不連續導通模式 12
圖2-11 單相橋式變流器(a)半橋式 12
圖2-11 單相橋式變流器(b)全橋式 13
圖2-12  PWM雙電壓極性切換 14
圖2-13  PWM單電壓極性切換 15
圖2-14 電流模式調變 16
圖3-1 水平軸風力發電 18
圖3-2 垂直軸風力發電 19
圖3-3 風流經風力機示意圖 20
圖4-1 磁滯電流控制變流器與市電並聯架構圖 22
圖4-2 磁滯電流控制調變 23
圖4-3 磁滯電流控制變流器與市電並聯示意圖 26
圖5-1  DC/DC升壓器之測試電路架構 27
圖5-2  DC/DC升壓器閘極驅動電路 28
圖5-3 以TL494及DSP送出訊號驅動DC/DC升壓器之測試電路 28
圖5-4 以TL494及DSP送出訊號驅動變流器之測試電路 29
圖5-5 交流電流回授電路 30
圖5-6 交流電壓回授電路 31
圖5-7 磁滯控制電路 32
圖6-1 電路板雕刻機 34
圖6-2 三相二極體整流模擬電路 35
圖6-3 模擬三相整流電路之輸入與輸出波形 35
圖6-4 三相整流電路 (a) PCB設計圖 36
圖6-4 三相整流電路(b)實體測試電路 36
圖6-5 (a)永磁式同步機模擬風力發電之三相輸出電壓實測波形 37
圖6-5 (b)整流器之a相輸入與直流輸出之比較實測波形 37
圖6-6  DC/DC升壓電路 38
圖6-7  DC/DC升壓電路實測波形 38
圖6-8 變流器(a) PCB設計圖 39
圖6-8 變流器(b)實體測試電路 39
圖6-9 變流器閘極驅動開關訊號實測波形 40
圖6-10 變流器交流輸出電壓實測波形(CH4) 40
圖6-11 交流電流回授模擬電路 41
圖6-12 模擬交流電流回授電路之輸入與輸出波形 41
圖6-13 交流電流回授電路 (a) PCB設計圖 42
圖6-13 交流電流回授電路 (b)實體測試電路 42
圖6-14 交流電流回授實測波形 42
圖6-15 交流電壓回授模擬電路 43
圖6-16 模擬交流電壓回授電路之輸入與輸出波形 43
圖6-17 交流電壓回授電路 (a) PCB設計圖 44
圖6-17 交流電壓回授電路 (b)實體測試電路 44
圖6-18 交流電壓回授實測波形 44
圖6-19 磁滯控制電路 (a) PCB設計圖 45
圖6-19 磁滯控制電路 (b)實體測試電路 45
圖6-20 磁滯控制電路之輸入與RS正反器輸出波形 46
圖6-21 磁滯控制電路之IXDP630輸出波形 47
圖6-22  IXDP630設定之空白時間為10μs 47
圖6-23  PSIM模擬磁滯電流控制變流器與市電並聯 48
圖6-24 變流器輸出電流Io追蹤參考電流Iref 49
圖6-25 誤差信號與磁滯帶模擬波形 49
圖6-26  Io、Iref與 ± h、error之比較模擬波形 50
圖6-27 變流器切換開關之驅動訊號模擬波形 50
圖6-28 變流器輸出電壓之模擬波形 51
圖6-29 變流器輸出電壓、電感電壓與市電電壓之模擬波形 51
圖6-30 市電電壓與變流器輸出電流之模擬波形 52
圖6-31 市電電壓與變流器輸出電流之功率因數趨近於一 52
圖6-32 市電並聯運轉之成果 53
圖6-33 市電電壓與電壓回授訊號同相位 54
圖6-34 變流器輸出電壓與電流回授電路實測波形 54
圖6-35(a) 變流器輸出電流i o緊密的追隨參考電流i ref 55
圖6-35(b) 變流器輸出電流io緊密的追隨參考電流iref 55
圖6-36(a)  市電電壓與變流器輸出電壓實測示波器量測波形 56
圖6-36(b)  市電電壓與變流器輸出電壓實測示波器量測波形 56
圖6-37(a)  市電電壓與電壓回授訊號(參考電流iref)、變流器輸出電壓與電流回授訊號(i o)之實測波形 57
圖6-37(b)  市電電壓與電壓回授訊號(參考電流iref)、變流器輸出電壓與電流回授訊號(i o)之實測波形 57
圖6-38 變流器輸出功率約為84瓦 58
圖6-39(a)  總諧波失真率約為3% 59
圖6-39(b) 總諧波失真率約為3%。 59
圖6-40 ±h設定為±0.003V 60

參考文獻

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[20] 台灣師大物理系,物理教學示範實驗室,物理問題討論區,http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/phpBB/。
[21] J David Irwin and R Mark Nelms , “Basic Engineering Circuit Analysis 9e, ”John Wiley & Sons Ltd, 2008,pp.525-556.
[22] ICL 8038, Datasheet, http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/67443/INTERSIL/ICL8038.html
[23] 李志文、陳世昌,電子學實習(下),2006年,2月,出版二刷,台灣,台科大圖書股份有限公司,pp.6-17-6-20。

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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