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大比功率压电发电机无功功率补偿方法.doc

大比功率压电发电机无功功率补偿方法

yu谋侠
2017-10-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《大比功率压电发电机无功功率补偿方法doc》,可适用于高等教育领域

大比功率压电发电机无功功率补偿方法大比功率压电发电机无功功率补偿方法l(兵工自动化OrdnanceIndustryAutomation大比功率压电发电机无功功率补偿方法温都苏,陈荷娟,蔡建余,(南京理工大学机械工程学院,南京南京化工职业技术学院,南京)摘要:针对传统引信压电发电机的二极管电容整流滤波电路存在导通角小的不足,提出利用填谷电路进行无功功率补偿的改进方法结合压电发电机的输出功率小以及引信电路功率瞬时变化大的特点,为了更加有效地利用发电机的能量,建立了改进的储能滤波电路模型,并在电路仿真软件Multisim中对改进电路进行仿真计算仿真分析结果表明:改进后的电路可提高发电机有功功率的利用率,且可改善供电连续性,增大电路的功率因数关键词:压电发电功率因数填谷电路中图分类号:TP文献标志码:AAMethodofCompensatingReactivePowerforHighSpecificPiezoelectricPowerGeneratorWenDusu,ChenHejuan,CaiJianyu,(SchoolofMechanicalEngineering,NanjingUniversityofScienceTechnology,Nanjing,ChinaNanjingCollegeofChemicalVocationTechnology,Nanjing,China)Abstract:Inordertoimprovetheconductingstateoftraditionalcapacitorfilterrectifiersinfusepiezoelectricgenerator,amethodwasproposedusingthevalleyfillingcircuittocompensatetheoriginalfalloftheactivepoweroutputTakingboththesmalloutputpowerofpiezoelectricgeneratorandthelargeinstantaneouspowerchangeoffusecircuitintoaccount,anovelmodelofenergystoragefiltercircuitwasestablishedtomoreeffectivelyusetheenergyThecircuitwassimulatedandcalculatedbyMultisimsimulationsoftwareSimulationresultshowsthatthecircuitcanimprovetheactivepowerusageofthegenerator,increaseboththecontinuityofpowersupplyandthepowerfactorofthecircuitKeywords:piezoelectricgeneratorpowerfactorvalleyficircuitO引言体积比功率是指发电机单位体积所输出功率,也称比功率若输出功率相同,比功率大的发电机所需体积小小型化引信专用发电机是当前小口径弹药引信和子弹引信迫切需要的一类物理电源压电发电机由于体积小,重量轻,耐高温等特点,在引信应用中越来越受关注在研制新型大比功率压电发电机时,为了保证与负载(引信电路)之间有功功率的有效传输,必须遵守功率平衡准则,即负载与发电机的有功功率应相等在引信应用中,通常负载要求直流供电,故在它的输入端普遍采用二极管电容滤波的全波整形电路【然而,二极管的限幅作用和导通角的存在,整形输出波形有间歇性,输出有功功率显着降低,从而影响了发电机有功功率的充分利用为此,笔者提出采用填谷电路的无功功率补偿方法,提高负载有功功率且保证其连续,性经仿真实验证明,采用填谷电流补偿法可以提高负载侧的功率因数压电发电机的外特性如图,设和分别为储能电容输出的直流电压与电流压电发电机输出电压(f),电流f(f)分别为:(f)=cos(tat),f(f)=cos(ctrp)其中,,,分别为压电发电机输出电压,电流有效值和相位差发电机的有功功率p()=cos(~),其中,cos(rp)为功率因数整流滤波电路ACIl一=C二图压电发电机外接整流滤波电路对图l压电发电机外接整流滤波电路分析知,当发电机的输出电压大于储能电容C上的电压时,整流电路导通且储能电容处于充电状态反之,当收稿日期:修回日期:作者简介:温都苏(一),男,内蒙古人,蒙古族,硕士研究生,从事武器弹药引信电源的结构与电路设计研究兵工自动化第O卷储能电容C上的电压高于发电机的输出电压时,整流桥反向偏置而截止,储能电容c处于放电状态如图,由于储能电容C的存在,二极管整流桥路处于间歇导通的状态,充电电流的波形不再是正弦波形而是脉冲状波形这对于需要连续工作的引信电路来讲是不利的LJ为了使负载能够稳定工作必须提高整流桥导通时间"(f)l图畸变电流示意图填谷式电路调整方法根据电工学原理可知,发电机的视在功率S=U,,则有功功率=可见,提高功率mPScos~p因数即提高有功功率,发电机容量得到充分利用然而,发电机的功率因数是在交流电流波形无失真的情况下定义的,整流二极管和储能电容皆属于非线性元器件,由于储能电容的存在,使整流二极管的导通时间变得很短,如图二极管仅在发电机输出电压高于储能电容电压时才导通,输出电流产生失真,变成尖峰脉冲,降低了发电机有功功率传输在图所示的整流桥后接一个由个二极管和个电容组成的功率因数校正电路,即填谷(valleyfil)功率因数校正电路,如图AC填谷电路r…………一j唪IRw==『【LlrlLJDCR一DID【D图填谷功率因数校正电路填谷电路的工作过程见图,A与B分别为整流桥输出电压与电流的波形,单位分别为V与A在,段时间内,整流二极管D,导通,桥式整流输出电压己,通过C,,C,对C,,C充电,同时为负载供电,由于充电时问常数很小,C,C充电速度很快,当,达峰值时,C,C,上的电压,=:=U,在tl,r段时间内,rUz,,和D均反偏截止,C,C不放电,负载仍由整流电压供电,Dl,D仍然处于导通状态图填谷电路工作过程在,f段时间内,,U,D,截止,电容c通过对负载供电,电容C,通过D也对负载供电,电容C,C,并联向负载供电,随后其上的电压值达到最低在,t(to)段时间内,换能器输出端正负极性反转,整流二极管,导通,以后将循环上述过程综上所述,当电路达稳态后,整流二极管的导通时间明显增大【J,其输入电流波形得到较大的改善(接近正弦波)仿真计算与分析,rz=VIIoVpkLllulHz一DOlO书羹lo一一》O一枣喜一s毯图填谷式功率校正电路RQ磷器冀z荽图添加填谷电路前后二极管导通时间对比为了确定填谷式电路能够增加二极管整流桥导通时间以及改善电流波形,在电路仿真软件Multisim中硝该电路进行伤真诗鼻转瓷第l期张钊,等:扩展状态观测器在陀螺稳定平台中的应用仿真''时间ms图阶跃响应误差系统响应性能分析:对该被控对象进行PID校正,并保证系统频带宽度与相位裕度,施加相同干扰力矩情况下,比较二者控制效果,结果如图,如图,图所示,分别对该系统的PID校正回路与ESO控制器回路进行阶跃响应对比,ESO稳定控制器阶跃响应基本上无超调,响应速度有所提升,误差有所减小对于高实时性系统来说,该控制器具有快速响应能力×皇一时间ms系统抗扰能力分析:电气参数波动情况下,分别取机电时间常数为rm,=和rm=,=rm,干扰力矩参数不变,其响应对比如图如图所示,在电气参数有波动,并且干扰力矩存在的情况下,稳定精度仍然保持在数量级,因此该控制器具有较好的抗干扰能力小结通过在ESO基础上设计平台速度稳定回路并进行仿真实验的结果表明:该方法算法简单,且具有较好的快速响应与扰动抑制能力,具有一定的实用性由于输出速度作为ESO的输入,该输出速度由陀螺测定,但在仿真分析中并没有加入陀螺噪声,实际使用中必须对陀螺信号进行预处理因此,陀螺信号的处理还有待进一步研究参考文献:】秦继荣,武利强车载稳瞄系统的自抗扰控制器设计J】系统仿真,,():】宋金来,杨雨,许可康,等惯性平台稳定回路的自抗扰控制J】系统仿真,():【】韩京清一类不确定对象的扩展状态观测器J】控制与决策,():韩京清自抗扰控制器及其应用J控制与决策,f】):】韩京清,张荣二阶扩张状态观测器的误差分析J系图电气参数波动下误差统科学与数学,,():幸牛枣}}牛率十七七幸幸幸唪唪牛唪牛幸幸母宰幸牛牛半木幸}}幸木木水水水卡车幸木木幸幸幸半枣率牛牛幸}宰木幸幸牛车幸枣枣卑车幸幸|蠛糍啦穗仿真电路图如图按照仿真电路图,将电源参数设置成压电发电机的理想工作参数J,用示波器对比增加填谷电路前后的二极管整流桥导通电流,如图图中平滑的标准正弦波形为电源电压的输出波形,产生畸变的类正弦波形为整流电流的输出波形由图可以看出,增加填谷电路后,整流二极管的导通角由增加到用功率表测量电源的输出功率为W,功率因数为可见将滤波电容由填谷式电容二极管网络代替后,输出电流的畸变减小,二极管的导通角明显增大电路的功率因数接近结束语将填谷法优化的二极管电容储能滤波网络应用于大比功率压电发电机,使整流桥二极管的导通角增大了,增幅为不仅使输入电流的波形由尖峰脉冲状改善为近似的正弦波形,同时增大了发电机直接向负载供电的时间经过填谷法优化校正后的电路输入功率因数接近表明改进后的储能滤波电路在结构较简单的前提下提高了利用发电机有功功率的能力同时通过仿真实验也验证了填谷电路调高了系统的有功功率,减少了无功损耗参考文献:【】李映平引信压电发电机原理及试验研究【D】南京:南京理工大学,:【】陈荷娟,孙加存高能多层压电陶瓷电源设计J弹道,,():】张广超,代道峰填谷式PFC电路分析与仿真J淮北煤炭师范学院,,l():【】周静,李永振功率因数校正技术在松耦合电能传输系统中的应用fJ】石油仪器,,():f】于强无源功率因数校正电路的应用研究J】济南职业学院,,():

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