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世界经济高速发展的背后是能源的快速消耗,上世纪消耗的能源几乎等于过去19个世纪所耗能源的一半,预计全球煤炭可开采总量仅可供使用约230年。在我国煤炭作为最主要的一次能源,其发电用煤比重也从1996年的34.8%上升到2000年60.9%(6000kW以上燃煤电厂煤炭消费量),随着能源价格的不断上涨以及电力供应紧张的局面,使得国家对挖掘节能潜力、推广“绿色照明”日益重视。国家“十一五”规划纲要明确提出到2010年单位GDP能耗要比2005年降低20%左右。而占照明用电30%的城市道路照明用电无疑具有巨大的节电潜力,通过采用终端节电技术不仅可以节约电能,而且可以降低能源的浪费、保护环境,具有较大的经济和社会效益。
由于传统的照明节电器存在谐波污染严重、输出电压不能无级调节等缺点,本文针对道路照明节电采用降压稳压的方法,通过比较交流净化稳压电源的四种不同电路拓扑,采用一种适合智能照明节电器的拓扑结构进行研究,主要做了以下工作:
首先介绍了选题的背景和意义,及目前“绿色照明”的发展现状,并针对城市道路照明,阐述了城市道路照明的特点和节电原理,在分析传统节电器不足的基础上,将Delta逆变技术应用于智能照明节电器。
其次对单相电压型PWM整流电路的不同开关模式和控制策略进行分析,并对如何抑制输入端电流畸变进行了详细阐述;介绍了Delta逆变器电路结构的工作原理和特点,分析了其控制方法和三种不同的电压电流信号增量检测方法;通过仿真分别验证了PWM整流电路能够实现单位功率因数整流和有源逆变运行,且输入电流畸变抑制方法有效;Delta逆变器采用瞬时值比较增量检测法可实现对电网电压波动的实时补偿。
在分析PWM整流器和Delta逆变器的基础上,设计了15kVA的单相照明节电器,并给出了一种有效的电网电压锁相方法和合理的系统电路参数计算方法,包括输入端滤波电感、直流侧电容和输出滤波器等。由仿真分析结果可知所采用的电路结构和控制策略是合理的,可以实现给负载提供稳定的供电电压的要求。
最后对系统的硬件电路进行了设计,包括功率驱动电路、采样电路、保护电路和同步信号检测电路,且给出了相关实验结果,实验结果表明电路设计方案合理可行。