2021电赛B题——三相PWM整流器
中文摘要
湖北省电力电子B题方案
关键词
电力电子整流三相

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选择B题不算是一个明智的选择。事实上湖北省选这题的人很少,不到30队。因此复测名额只有六个,推荐国奖只有三个(全是国一,很离谱)。我们组当时除了效率93%距离提高部分95%差了一点之外其余所有指标都拉满了,但还是没有进复测。好在最后给了一个省一。辅助电源的隔离电源模块效率太低估计是这次失败的主要原因。以下是题目要求:

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这题可选择的方案有限,基本就是三相PWM整流+buck同步整流。因为手头半桥驱动很多,所以做成同步整流很容易。 619A6B15BE3E355151FA0FE64EC137A2.jpg

主控用了STM32F4,串口屏显示功率因数。经过校正最大功率因数可以到0.998。使用按键可以调节功率因数是阻性还是容性,范围0.9~1(虽然不知道这个功能有什么现实中的应用。电网无功补偿吗?)

控制方案是dq变换——内环用电压锁相的信号把电流做dq变换,当功率因数控到1时q轴控到0,d轴作为PID内环。外环是整流器直接输出的直流母线电压(我们设置成58V)。开关频率20KHz,为了效率和单片机算力考虑没有设置得更高。

后级一个buck,这个没啥难度,就一个PI控制器,把输出控到36V。实验中发现输出有电压漂移,于是加了功率前馈,成功把电压调整率和负载调整率的分拿满。

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输入电压和电流采样。电流采样霍尔干扰略大,勉强能用,优点是简单。电压互感器后面抬了1.8V直流偏置,用运放接了跟随器输出给单片机ADC。

额定工况下:

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拍照的时候功率因数还没调到最准确。输入功率不到80W。

硬件框图:

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最后说几句感悟:

电赛运气成分还是不小的。我们当时对自身实力估计有点高了,直接冲了比较难的B题。其实如果做C题会容易很多,而且也不会卷成这样。。。。。。我们第三天晚上才把基本功能调出来,第四天下午才把附加功能加上,导致没有时间优化效率,于是与国奖就差了那么一些。

电赛并不算性价比很高的比赛。在我们学校一个省一在电类专业只能加0.45分(满分100,一般保研要将近90),在我所在的物理学院更少,只有0.15分。不管怎么说,电赛的过程中学到了很多东西,或许这才是重点吧。

来自:电气工程 / 电气电工动手实践:实验报导
5
 
warmonkey
7个月26天前
1楼

你用的电感严重降低了效率。

13年A题类似的,输入单相交流,输出也是36V 2A。

我用了铁硅铝磁环,利兹线,优化了最佳磁通密度,优化了最佳频率。整机效率97.5%;第一级98.3%,第二级99.2%

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爱电路作者
7个月25天前
2楼
引用warmonkey发表于1楼的内容
你用的电感严重降低了效率。13年A题类似的,输入单相交流,输出也是36V 2A。我用了铁硅铝磁环,利...

实验室只有铁氧体磁芯。话说磁芯损耗比磁环大吗?

漆包线是三股并绕的,可能比利兹线差点不过20KHz应该还好吧。

磁性元件设计果然还是任重道远

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大魔王走了o
2个月17天前
3楼

我去年参加电赛选了同样的题目,当时看的小车的题感觉出题人挖坑了(赛道红胶带)用红外摄像头一看果然胶带和背景相差无几,因为没有颜色传感器或者opencv一类的东西,果断跳到b题,结果手头当时元件很少,也没来得及搭pfc,最后效率也只有89%,电感极烫,手头只有可怜的几个小磁芯。用的ti的控制器,从学长那里搞了几个英飞凌的大管子,最后拿了省二。今年准备了各种电源模块备战,还仿制了几款钛金电源的部分电路,也设计了一些带驱动氮化镓半桥模块,希望押的中题目。

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大魔王走了o
2个月17天前
4楼

辅助电源也很重要的,没想到的是偷看到隔壁组竟然偷偷在电路板背面夹了那种薄软包锂电池。

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爱电路作者
2个月17天前
5楼
引用大魔王走了o发表于3楼的内容
我去年参加电赛选了同样的题目,当时看的小车的题感觉出题人挖坑了(赛道红胶带)用红外摄像头一看果然胶带...

那你们好强啊,能做不止一个题。我当时只会做电源的俩。

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