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研究生: 梁宗正
Zhong-Chen Liang
論文名稱: 燃料電池發電系統之功率轉換器研製
Development of Power Converter for Fuel Cell Power Conversion Systems
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
呂錦山
Ching-Shan Leu
王順源
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 67
中文關鍵詞: 燃料電池
外文關鍵詞: fuel cell
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本文旨在研製全橋式直流-直流功率轉換器及單相全橋直流-交流功率轉換器之控制系統。本系統全橋式直流-直流功率轉換器採用相移式控制策略,推導出電壓閉回路控制,將燃料電池之變動電壓轉換為固定的高電壓。全橋式直流-直流功率轉換器使用並聯架構,並利用均流之策略,增加系統運轉之容量及利用率,以達到共同分擔負載,另使用主-僕式控制,增加系統之可靠度。在單相全橋直流-交流功率轉換器方面採用正弦脈波寬度調變單極性電壓切換技術,具有低諧波失真及快速響應之性能。單相全橋功率轉換器於電壓控制模式下,採用振幅鎖定控制法則,於負載劇烈變動下可提供快速響應及穩定之單相電壓源予單相負載使用,而在電流控制模式下,則可提供穩定的單相電流與市電併網。
本文之系統以運算速度快、成本低的數位信號處理器TMS320LF2812為整體系統之控制核心,功率轉換器之電壓閉回路控制法與電流閉回路控制法則皆由軟體完成控制,不但減少硬體電路元件,並增加了系統運轉可靠度。本系統目前已完成線性負載600 W供電測試,其單相交流電壓有效值為110 V,頻率為60 Hz,總諧波失真率為4.67 %,整體效率為80 %。另外,於市電併網時,可提供實功率至市電網路,實驗結果驗證了本文之理論分析。


This thesis is concerned with the analysis and implementation of parallel full-bridge dc-dc power converter and single-phase full-bridge dc-ac power converter. The full-bridge dc-dc power converter operates under voltage feedback control mode by using phase-shift control to convert fuel cell voltage source to high voltage. Under the full-bridge dc-dc power converters of parallel operations, using current-sharing strategies will increase capacity and utilization rate of the systems and accomplish load-sharing. The master-slave control technique is used in order to increase the reliability of the system.
To achieve low harmonic distortion and fast response, the single-phase full-bridge power converter adopts sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) unipolar switching technique. The single-phase full-bridge power converter can provide constant and stable output voltage under load variation by using amplitude-locked loop algorithm of voltage-controlled mode, and stable single-phase current to power grid under current-controlled mode.
In this system, a high-speed, low-cost digital signal processor TMS320LF2812 is used to host the control system. The voltage and current control rules are realized by software. It can not only reduce the hardware cost but also improve the system reliability. The experimental results with linear load of 600 W show that the single-phase output voltage is 110 V, 60 Hz. The total harmonic distortion of output voltage is 4.67 %, the efficiency of the system reaches 80 %. Besides, the system can feed real power to the grid in grid-connected operation. Experimental results are given to justify the analysis.

中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖表索引 VI 符號說明 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 系統架構與本文特色 2 1.3 本文大綱 2 第二章 全橋相移式直流-直流功率轉換器之分析及控制 4 2.1 前言 4 2.2 全橋相移式直流-直流功率轉換器之分析 4 2.3 全橋相移式直流-直流功率轉換器之控制 8 2.4 結語 10 第三章 全橋相移式直流-直流功率轉換器之並聯及主僕策略 11 3.1 前言 11 3.2 全橋相移式直流-直流功率轉換器之並聯 11 3.3 全橋相移式直流-直流功率轉換器之主僕策略 16 3.4 結語 17 第四章 單相直流-交流功率轉換器之控制及市電併網 18 4.1 前言 18 4.2 正弦脈波寬度調變 18 4.3 單相全橋直流-交流功率轉換器之控制 23 4.4 振幅鎖定迴路控制策略 26 4.5 市電併聯供電系統 28 4.6 結語 30 第五章 實體製作及測試 31 5.1 前言 31 5.2 硬體電路 31 5.2.1 數位控制介面電路 31 5.2.2 電壓回授電路 34 5.2.3 電流回授電路 34 5.2.4 功率電晶體之閘極驅動電路 35 5.2.5 同步信號偵測電路…………………………………… 36 5.3 軟體規劃 37 5.3.1 全橋相移式系統主程式規劃 38 5.3.2 直流-交流功率轉換器系統主程式規劃 40 5.3.3 全橋相移式直流-直流功率轉換器規劃………….… 42 5.3.4 單相全橋直流-交流功率轉換器規劃…………….… 44 5.4 實測結果 46 5.5 結語 60 第六章 結論及未來研究方向 61 6.1 結論 61 6.2 未來研究方向 62 參考文獻 63 附錄A …66 作者簡介 …67

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