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
2
 
warmonkey
29天21时前
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
29天16时前
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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