發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 08:09

【摘要】：在如今的大工業(yè)時(shí)代,信息處理技術(shù)變得異常重要,通信電源在信息處理技術(shù)系統(tǒng)中扮演著重要的角色。穩(wěn)定可靠的通信電源,是保證通信系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。由于通信電源直接與供電網(wǎng)相連,因而其性能優(yōu)劣還會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生重要的影響。鐵路通信電源是指應(yīng)用在鐵路通信系統(tǒng)中的高頻開關(guān)通信電源,主要應(yīng)用于鐵路通信段、鐵路的中間站通信機(jī)械室等通信系統(tǒng)中。由于鐵路系統(tǒng)的社會(huì)屬性,穩(wěn)定安全是鐵路通信電源設(shè)計(jì)的前提;此外,根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等級(jí)及位置的差異,實(shí)現(xiàn)鐵路通信系統(tǒng)集中監(jiān)控管理,實(shí)現(xiàn)少人維護(hù)甚至無(wú)人值守,最終實(shí)現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)智能化。本文對(duì)鐵路通信電源模塊設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究,優(yōu)化設(shè)計(jì)電源模塊結(jié)構(gòu),提高電源的性能;設(shè)置數(shù)字化控制電路為集中監(jiān)控系統(tǒng)提供各鐵路通信電源模塊的狀態(tài)信息,使鐵路通信系統(tǒng)更加智能化;設(shè)置軟開關(guān)電路,減小電源模塊的開關(guān)應(yīng)力,保護(hù)電路器件并提高電源的效率。本文對(duì)鐵路通信電源的各種拓?fù)浜徒Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究和比較,初步確定了電源的各個(gè)主體環(huán)節(jié):即由輸入濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC/DC變換電路、控制電路、采樣電路、驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路等組成。首先展開對(duì)功率因數(shù)電路的研究,由于整流之后出現(xiàn)大量諧波,造成了輸入電壓、電流相位不同,選擇有源功率因數(shù)校正(APFC)對(duì)整流后電壓進(jìn)行校正,并對(duì)其進(jìn)行了建模仿真;針對(duì)APFC電路主開關(guān)管高頻開關(guān)導(dǎo)致能量損耗的現(xiàn)象,本設(shè)計(jì)方案中提出一種新的無(wú)源無(wú)損網(wǎng)絡(luò),使電路開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓零電流開關(guān)(ZVZCS);并對(duì)緩沖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了詳細(xì)的分析;隨后本文根據(jù)所設(shè)計(jì)的電源功率等級(jí)較大這個(gè)特點(diǎn),采用移相全橋倍流整流電路的設(shè)計(jì)方式進(jìn)行DC/DC變換,對(duì)所設(shè)計(jì)電路的原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析;最后完成控制電路的選擇,使控制系統(tǒng)不僅可以對(duì)功率電路進(jìn)行控制,還可以為集中監(jiān)控系統(tǒng)提供各個(gè)電源模塊的狀態(tài)信息,便于集中監(jiān)控系統(tǒng)的智能化管理;另外本文還對(duì)其他電路如驅(qū)動(dòng)電路、采樣電路和輸入濾波電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在完成鐵路通信電路拓?fù)溥x型的基礎(chǔ)上,本文分別對(duì)上述模型進(jìn)行了電氣參數(shù)計(jì)算,并對(duì)電路中各個(gè)主要元器件進(jìn)行選型,為后續(xù)電路搭建奠定基礎(chǔ)。為了驗(yàn)證電路結(jié)構(gòu)的正確性,本設(shè)計(jì)在MATLAB SIMULINK仿真平臺(tái)上分別對(duì)各個(gè)電路模塊進(jìn)行仿真驗(yàn)證,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析;由于MATLABSIMULINK平臺(tái)仿真波形過(guò)于理想化,本文中為了模擬實(shí)際工作中開關(guān)管開關(guān)過(guò)程的波形變化,在SABER中搭建了軟開關(guān)部分的仿真模型,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)電路的可行性。
【圖文】：

ｐ為正弦電壓與正弦電流之間的相位角度差。逡逑鐵路通信電源的設(shè)計(jì)中，輸入電壓為交流市電，電壓波形為正弦形式，通過(guò)逡逑二極管整流，大電容濾波的組合方式生成直流電，電路結(jié)構(gòu)見圖２－１。這種電壓變逡逑換方式的整流電路采用一系列非線性器件，輸入電流將會(huì)發(fā)生相位變化，波形發(fā)逡逑生嚴(yán)重畸變，呈窄脈沖狀，，波形見圖２＿２，因此常規(guī)的整流一電容濾波電路使電源逡逑電路的輸入功率因數(shù)下降。這些諧波電流還會(huì)從通信電源模塊倒流進(jìn)入交流電網(wǎng)，逡逑對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，甚至可能損壞電網(wǎng)及相關(guān)的配電設(shè)備。逡逑２ｉ邋２ｉ逡逑ｉ逡逑邐？N逡逑Ｏ邐邐Ｉ逡逑Ｕ邐Ｉ逡逑ｏ邐邐邐邋■■邐ｉ邋ｔ逡逑２ｉ邋７ｉ逡逑圖２－１整流－濾波電路逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｆｉｌｔｅｒ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑１３逡逑

式中：一一輸入電流基波有效值逡逑／Ｒ——輸入電流高次諧波有效值逡逑圖２－３基波電流與電壓的相位差逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｐｈａｓｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｖｏｌｔａｇｅ逡逑設(shè)基波電流／，滯后于輸入電壓的相位為ｐ，則電網(wǎng)為電源提供的有功功率逡逑為：逡逑Ｐ邋－邋ＵＪ｝邋ｃｏｓ邋ｃｐ邐（２－４）逡逑電網(wǎng)側(cè)輸入電路的視在功率＾為：逡逑Ｓ邋＝邋Ｕ１邐（２－５）逡逑此時(shí)：逡逑Ｕ邋？邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ邐，，邐、逡逑ＰＦ＝－＾＝＾＝ｆｃ0ｓ（ｐ＝Ｋ－Ｋ邐＾逡逑１４逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM46;U285

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2697759