無電網(wǎng)電壓傳感器三電平PWM整流器研究

提出一種基于虛擬磁鏈的pwm整流器無交流電壓傳感器運(yùn)行啟動(dòng)性能的改善方法。通過采用帶有積分限幅反饋環(huán)節(jié)的積分器代替不定積分器進(jìn)行虛擬磁鏈觀測(cè),解決了傳統(tǒng)方法存在的初始值選取和觀測(cè)結(jié)果存在幅值和相位誤差等問題。對(duì)基于改進(jìn)方法的虛擬磁鏈直接功率控制pwm整流器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該改進(jìn)方法的正確性和可行性。

電壓傳感器 電壓傳感器的歷史 在各國，傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們。 從20世紀(jì)80年代起才開始重視傳感技術(shù)的研究開發(fā)，不少先進(jìn)的成果仍停留在研究實(shí)驗(yàn)階 段，轉(zhuǎn)化率比較低。 在我國，60年代開始傳感技術(shù)的研究開發(fā)，經(jīng)過從"六五"到"九五"的國家攻關(guān)，在傳感 器研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性、應(yīng)用性等獲得進(jìn)步，初步形成傳感器研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 和應(yīng)用的體系，并在數(shù)碼機(jī)床攻關(guān)中獲得了一批可喜的、矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或 儀器的成果。但總體上，它還不夠滿足我國經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，不少傳感器仍然依賴進(jìn) 口。 在國外傳感器技術(shù)分兩種路徑：一種以美國為代表的走先軍工后民用，先提高后普及。 另一種是以日本為代表側(cè)重實(shí)用化、商品化，先普及后提高。前種成本高，后種成本低，更 快些。而我國雖在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)涉足傳感器制作業(yè)，但現(xiàn)活

1 光電壓傳感器原理 光電壓傳感器 　　光波是一種橫波，它的光矢量與傳播方向垂直。如果光波的光矢量方向不變，大小隨相位改變，這樣的光稱為線 偏振光；如果光矢量的大小不變，而方向繞傳播方向均勻的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為圓偏振光；如果光矢量和大小都在有 規(guī)律的變化，且光矢量的末端沿著一個(gè)橢圓轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣的光稱為橢圓偏振光。 　　在電場(chǎng)（或電壓）的作用下，一些本身沒有雙折射現(xiàn)象的材料會(huì)產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，使光波的兩偏振分量之間出現(xiàn) 相位差，這就是電光效應(yīng)。檢測(cè)出相位差，就可以計(jì)算出電壓或電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。由于相位較難測(cè)量，故一般利用偏 光干涉原理將相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度調(diào)制，傳感器輸出光強(qiáng)的大小即能反映被測(cè)電壓，這就是光電壓傳感器測(cè)量電壓的 基本原理。 圖示：一種實(shí)用的光電壓傳感器示意圖 　　光電壓傳感器的檢測(cè)原理類似于光電流傳感器，由一個(gè)1/4波長板和兩個(gè)偏振器組成的偏振檢測(cè)系統(tǒng)將普克爾斯偏 振調(diào)制轉(zhuǎn)化

電壓傳感器 (2)

電流電壓傳感器 (3)

電流電壓傳感器

霍爾電流、電壓傳感器/變送器介紹 摘要：霍爾電流、電壓傳感器/變送器模塊是當(dāng)今電子測(cè)量領(lǐng)域 中應(yīng)用最多的傳感器件之一，可廣泛用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、 逆變裝置、電子測(cè)量和開關(guān)電源等諸多領(lǐng)域，可完全替代傳統(tǒng)的互感 器和分流器，并具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng) 和不損失測(cè)量電路能量等優(yōu)點(diǎn)。 1引言 近年來，新一代功率半導(dǎo)體器件大量進(jìn)入電力電子、交流變頻調(diào) 速、逆變裝置及開關(guān)電源等領(lǐng)域。原有的電流、電壓檢測(cè)元件已不適 應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳遞和檢測(cè)?；魻栯娏?、電壓傳感器 /變送器模塊是近十幾年發(fā)展起來的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工 業(yè)用電量傳感器，是一種新型的高性能電氣檢測(cè)元件。 霍爾電流、電壓傳感器/變送器由于具有精度高、線性好、頻帶 寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測(cè)電路能量等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被 廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電

霍爾元件是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器，用霍爾器件，可以進(jìn)行非接觸式電流測(cè)量， 起到信號(hào)電氣隔離作用。眾所周知，當(dāng)電流通過一根長的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，這一磁場(chǎng)可以通過軟磁材料來聚集，然后用霍爾器件 進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)與霍爾器件的輸出有良好的線性關(guān)系，因此可利用霍爾器件測(cè)得的訊號(hào) 大小，直接反應(yīng)出電流的大小，即: i∞b∞vh 其中i為通過導(dǎo)線的電流，b為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁場(chǎng)，vh為霍爾器件在磁場(chǎng)b中產(chǎn)生 的霍爾電壓、當(dāng)選用適當(dāng)比例系數(shù)時(shí)，可以表示為等式?；魻杺鞲衅骶褪歉鶕?jù)這種工作原理 制成的。 如圖4.21，閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流(ip)所產(chǎn)生的磁 場(chǎng)，通過一個(gè)副邊線圈的電流(is)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通 的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在

霍爾電流、電壓傳感器/變送器介紹 摘要：霍爾電流、電壓傳感器/變送器模塊是當(dāng)今電子測(cè)量領(lǐng)域 中應(yīng)用最多的傳感器件之一，可廣泛用于電力、電子、交流變頻調(diào)速、 逆變裝置、電子測(cè)量和開關(guān)電源等諸多領(lǐng)域，可完全替代傳統(tǒng)的互感 器和分流器，并具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng) 和不損失測(cè)量電路能量等優(yōu)點(diǎn)。 1引言 近年來，新一代功率半導(dǎo)體器件大量進(jìn)入電力電子、交流變頻調(diào) 速、逆變裝置及開關(guān)電源等領(lǐng)域。原有的電流、電壓檢測(cè)元件已不適 應(yīng)中高頻、高di/dt電流波形的傳遞和檢測(cè)?；魻栯娏?、電壓傳感器 /變送器模塊是近十幾年發(fā)展起來的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工 業(yè)用電量傳感器，是一種新型的高性能電氣檢測(cè)元件。 霍爾電流、電壓傳感器/變送器由于具有精度高、線性好、頻帶 寬、響應(yīng)快、過載能力強(qiáng)和不損失被測(cè)電路能量等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而被 廣泛應(yīng)用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、ups電

電流電壓傳感器 (2)

以提高并網(wǎng)逆變器可靠性和降低成本為目的,采用基于虛擬電網(wǎng)磁鏈定向的無電網(wǎng)電壓傳感器的矢量控制策略;為了提高風(fēng)電系統(tǒng)可靠性和容錯(cuò)能力,采用多重電樞直流側(cè)電壓并聯(lián)運(yùn)行的控制方案.詳細(xì)分析單套逆變器數(shù)學(xué)模型和控制策略,實(shí)現(xiàn)兩套逆變器并聯(lián)運(yùn)行并網(wǎng).實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,三相并網(wǎng)逆變器輸出電流正弦度良好,同時(shí)具有較好的動(dòng)、靜態(tài)特性,從而驗(yàn)證了方案的可行性和正確性.

為提高三相并網(wǎng)逆變器的可靠性和進(jìn)一步降低三相并網(wǎng)逆變器的成本,采用了一種基于虛擬電網(wǎng)磁鏈的無電網(wǎng)電壓傳感器的控制策略。根據(jù)三相并網(wǎng)逆變器在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,采用虛擬電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ虻氖噶靠刂坪蚫、q軸電流閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)了d、q軸電流的解耦控制,使q軸電流控制有功功率,d軸電流控制無功功率。詳細(xì)分析了連續(xù)空間pwm和不連續(xù)空間pwm之間的聯(lián)系和區(qū)別。連續(xù)空間pwm和不連續(xù)空間pwm之間的本質(zhì)區(qū)別在于零矢量的選擇,選擇不同的零矢量從而導(dǎo)致不同空間pwm。為了減少開關(guān)損耗,針對(duì)三相并網(wǎng)逆變器的特點(diǎn),采用一種不連續(xù)空間pwm方式。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出:基于不連續(xù)空間pwm和虛擬電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ虻娜嗖⒕W(wǎng)逆變器具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能,從而驗(yàn)證了該方案的可行性和正確性。

以三電平電壓型pwm整流器的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),結(jié)合瞬時(shí)無功理論,推導(dǎo)了瞬時(shí)功率和三電平整流橋開關(guān)矢量之間的關(guān)系,提出了一種固定開關(guān)頻率的三電平pwm整流器的直接功率控制方法。該方法基于空間電壓矢量調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)過程中有功功率和無功功率的解耦控制。相對(duì)于傳統(tǒng)的開關(guān)表bang-bang控制方式的直接功率控制,該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對(duì)有功功率和無功功率的直接控制,而且能保證固定的開關(guān)頻率,簡化了濾波器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制策略實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制,電流諧波小,具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電壓型整流器采用磁鏈定向取代電壓定向方式,不需要電壓傳感器采集電壓信號(hào),可以降低變流器成本。構(gòu)建了基于matlab/simulink仿真環(huán)境的無電壓傳感器磁鏈定向空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)整流的仿真模型,驗(yàn)證了該方法可正確確定矢量定向角度,實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流,有功和無功解耦控制以及直流側(cè)的電壓穩(wěn)定。

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據(jù)我的了解沒有電流傳感器和電壓傳感器的說明，只能說傳感器的輸出形式是電流還是電 壓，傳感器把模擬信號(hào)（如壓力）轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)（電壓或電流），我們通過讀取這 些數(shù)字電信號(hào)，根據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系確定當(dāng)前的壓力。如0－35mpa的壓力對(duì)應(yīng)4－20ma的電流 或0－35mpa的壓力對(duì)應(yīng)1－5v的電壓。 在單片機(jī)控制的許多應(yīng)用場(chǎng)合,都要使用變送器來將單片機(jī)不能直接測(cè)量的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片 機(jī)可以處理的電模擬信號(hào)，如電流變送器,壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等。 早期的變送器大多為電壓輸出型，即將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-5v電壓輸出，這是運(yùn)放直接輸出, 信號(hào)功率<0.05w,通過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)供單片機(jī)讀取、控制。但在信號(hào)需要 遠(yuǎn)距離傳輸或使用環(huán)境中電網(wǎng)干擾較大的場(chǎng)合，電壓輸出型傳感器的使用受到了極大限制， 暴露了抗干擾能力較差,線路損耗破壞了精度等等

霍爾電壓傳感器與電流傳感器的原理及應(yīng)用 (2)

在高壓大功率領(lǐng)域．五電平整流器ll--電平性能更優(yōu)。由于五電平空間矢量脈寬調(diào)制（svpwm）算法運(yùn)算量大，針對(duì)有源中點(diǎn)箝位五電平（anpc．5l）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出一種輸出波形質(zhì)量與svpwm算法完全等效的空間矢量等效三電平載波調(diào)制（tcpwm）算法。建立電感濾波的五電平整流器的數(shù)學(xué)模型，采用無電網(wǎng)電壓傳感器的開關(guān)頻率固定的準(zhǔn)直接功率控制（dpc）策略。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提t(yī)cpwm算法及控制策略的正確性。

在高壓大功率領(lǐng)域,五電平整流器比三電平性能更優(yōu)。由于五電平空間矢量脈寬調(diào)制(svpwm)算法運(yùn)算量大,針對(duì)有源中點(diǎn)箝位五電平(anpc-5l)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出一種輸出波形質(zhì)量與svpwm算法完全等效的空間矢量等效三電平載波調(diào)制(tcpwm)算法。建立電感濾波的五電平整流器的數(shù)學(xué)模型,采用無電網(wǎng)電壓傳感器的開關(guān)頻率固定的準(zhǔn)直接功率控制(dpc)策略。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提t(yī)cpwm算法及控制策略的正確性。

根據(jù)pwm整流器在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,提出一種直接估計(jì)網(wǎng)側(cè)電壓用以實(shí)現(xiàn)無交流電壓傳感器控制的方法。利用滑模觀測(cè)器(smo)重構(gòu)網(wǎng)側(cè)電壓并詳細(xì)分析了觀測(cè)器的原理和設(shè)計(jì)步驟,采用諧振式濾波器(rto)從等效控制信號(hào)中提取電壓信息,避免了使用低通濾波器帶來的信號(hào)延時(shí)問題。為了削弱系統(tǒng)抖振,將電壓估測(cè)值作為反饋引入觀測(cè)器電流模型中,構(gòu)造一種新型滑模觀測(cè)器。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明使用該觀測(cè)器的pwm整流器具有良好的動(dòng)靜態(tài)響應(yīng),驗(yàn)證了所提出的無交流電壓傳感器控制策略的有效性和準(zhǔn)確性。

針對(duì)傳統(tǒng)無差拍電流預(yù)測(cè)控制算法在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)無法準(zhǔn)確跟蹤電流參考值的問題,提出了基于電網(wǎng)電壓預(yù)測(cè)的無差拍電流控制方法。首先分析了電網(wǎng)電壓諧波對(duì)無差拍控制的影響,而后利用重復(fù)控制原理對(duì)未來兩個(gè)周期的電網(wǎng)平均電壓進(jìn)行預(yù)測(cè)和補(bǔ)償,消除了電網(wǎng)電壓整數(shù)次諧波對(duì)電網(wǎng)電流的影響,降低了電網(wǎng)電流諧波。通過進(jìn)一步分析,證明了該控制算法保持了傳統(tǒng)無差拍控制良好的動(dòng)態(tài)性能,并對(duì)算法的穩(wěn)定性、參數(shù)魯棒性和靜態(tài)誤差進(jìn)行了分析。最后通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了提出方法的正確性和有效性。

本文闡述了電流/電壓傳感器的帶寬特性的重要性及國內(nèi)外在該測(cè)試技術(shù)方面的現(xiàn)狀,然后結(jié)合頻率響應(yīng)的定義提出了電流/電壓傳感器帶寬的定義,最后給出了合適的測(cè)試方法及相應(yīng)非標(biāo)測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)思路,有效的解決了電流/電壓傳感器帶寬測(cè)試的難題。