小功率移動(dòng)逆變電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)(doc 12頁).doc

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 小功率移動(dòng)逆變電源指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： XX學(xué) 號(hào)： XXXXXXX專 業(yè)：自 動(dòng) 化班 級(jí)：08級(jí) X班重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院2011年1月課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)表項(xiàng)目分值優(yōu)秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x60)評(píng)分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度15學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，嚴(yán)格保證設(shè)計(jì)時(shí)間并按任務(wù)書中規(guī)定的進(jìn)度開展各項(xiàng)工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較認(rèn)真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀(jì)律，基本保證設(shè)計(jì)時(shí)間，按期完成各項(xiàng)工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀(jì)律，能按期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎，紀(jì)律渙散，工作作風(fēng)不嚴(yán)謹(jǐn),不能保證設(shè)計(jì)時(shí)間和進(jìn)度技術(shù)水平與實(shí)際能力25設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有很強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)查閱能力強(qiáng)、引用合理、調(diào)查調(diào)研非常合理、可信設(shè)計(jì)合理、理論分析與計(jì)算正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力、經(jīng)濟(jì)分析能力和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信設(shè)計(jì)合理，理論分析與計(jì)算基本正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有一定的實(shí)際動(dòng)手能力，主要文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研比較可信設(shè)計(jì)基本合理，理論分析與計(jì)算無大錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無大錯(cuò)設(shè)計(jì)不合理，理論分析與計(jì)算有原則錯(cuò)誤，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可靠，實(shí)際動(dòng)手能力差，文獻(xiàn)引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問題創(chuàng)新10有重大改進(jìn)或獨(dú)特見解，有一定實(shí)用價(jià)值有較大改進(jìn)或新穎的見解，實(shí)用性尚可有一定改進(jìn)或新的見解有一定見解觀念陳舊論文(計(jì)算書、圖紙)撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，邏輯性強(qiáng)，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙非常工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計(jì)算機(jī)打印成文；圖紙工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達(dá)到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強(qiáng)達(dá)到規(guī)范化要求；圖紙比較工整內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達(dá)不清，錯(cuò)別字較多，達(dá)不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日自動(dòng)化學(xué)院2008級(jí)自動(dòng)化專業(yè)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的和任務(wù)電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航空航天等很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其它多項(xiàng)高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，提高學(xué)生的電力電子領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力是教學(xué)計(jì)劃中必不可少的重要一環(huán)。通過電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個(gè)目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Intel網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力。5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。二、課程設(shè)計(jì)的基本要求1. 教師確定方向，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自立題目注意事項(xiàng)： 所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計(jì)，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實(shí)際。學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其他電力電子裝置設(shè)計(jì)，如開關(guān)電源、調(diào)光燈、鎮(zhèn)流器、UPS電源等，但不允許選擇其他班題目方向的內(nèi)容設(shè)計(jì)（復(fù)合變換除外）。 通過圖書館和Intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)題目。自立題目后，首先要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。要給出所要設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求，輸出要達(dá)到的目標(biāo)，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計(jì)主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380V10% f=50Hz直流輸出電壓：0220V50220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A設(shè)計(jì)內(nèi)容：整流電路的選擇整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算晶閘管電流、電壓額定的選擇平波電抗器電感值的計(jì)算保護(hù)電路的設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖列出主電路和控制電路所用元器件的明細(xì)表2. 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識(shí)和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力。要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點(diǎn)。具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過刨析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會(huì)。（注意：所確定的主電路方案如果沒有論證說明，成績(jī)不能得優(yōu)；設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇，且文中有引注，否則也不能得優(yōu)）。3. 在整個(gè)設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路和控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型），嚴(yán)禁抄襲。4. 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路的設(shè)計(jì)，主電路的分析說明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。 5. 課題設(shè)計(jì)報(bào)告要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強(qiáng)。課題設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)5000字左右。三、課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃課程設(shè)計(jì)時(shí)間5天。第1天上午，指導(dǎo)教師向?qū)W生講授課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)、設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。第1天下午和第2天學(xué)生到圖書館和Intel網(wǎng)上按照指導(dǎo)教師的要求查找所需要的文獻(xiàn)，并在閱讀分析中確定自己的研究題目、技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容，交指導(dǎo)教師審閱。第3天學(xué)生的主要任務(wù)是確定方案。第4天和第5天，學(xué)生的任務(wù)是綜合所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行主電路和控制電路的設(shè)計(jì)，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。四、各班的題目方向1班題目方向：相控整流技術(shù)的工程應(yīng)用2班題目方向：斬波技術(shù)的工程應(yīng)用 3班題目方向：交流調(diào)壓或交流調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用 4班題目方向：無源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用。目 錄1 引言12 電源設(shè)計(jì)的基本要求13 電路總體方案的設(shè)計(jì)及相關(guān)原理13.1 主電路的設(shè)計(jì)13.2 電源的控制結(jié)構(gòu)33.3 SPWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生44 主電路的參數(shù)設(shè)定與計(jì)算45 課程設(shè)計(jì)總結(jié)5參考文獻(xiàn)5小功率移動(dòng)逆變電源設(shè)計(jì)1.引言目前，小功率移動(dòng)逆變電源在工業(yè),交通運(yùn)輸,通信系統(tǒng),計(jì)算機(jī)系統(tǒng),新能源系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。該類電源的功能是將蓄電池中的低壓直流轉(zhuǎn)換為市電交流。這類電源的一種主電路結(jié)構(gòu)是由高頻DC/DC和DCAC(逆變)兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。輸出波形和轉(zhuǎn)換效率是衡量這類產(chǎn)品的重要指標(biāo)，而保證這些指標(biāo)的關(guān)鍵之一是其控制器的設(shè)計(jì)。 本文介紹一個(gè)基于高性價(jià)比16位數(shù)字信號(hào)控制器DSP 56F801和脈寬調(diào)制芯片UC3846的DCAC電源設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了裝置中控制信號(hào)的發(fā)生和測(cè)量信號(hào)的檢測(cè)，采用了電壓有效值反饋加前置濾波PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字控制和硬件與軟件相結(jié)合的抗干擾措施。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該設(shè)計(jì)的DCAC電源的輸出波形、效率和可靠性等指標(biāo)均有所提高。2.電源設(shè)計(jì)的基本要求 設(shè)計(jì)的小功率移動(dòng)逆變電源由高頻DCDC環(huán)節(jié)和SPWM DCAC環(huán)節(jié)組成。由UC3846控制的DC/DC環(huán)節(jié)采用具有變壓器的推挽電路，實(shí)現(xiàn)低壓直流到高壓直流的變換并克服變壓器的偏磁?；贛OTOROLA的DSP芯片56F80l實(shí)現(xiàn)DCAC環(huán)節(jié)的SPWM信號(hào)發(fā)生、輸出交流電壓調(diào)節(jié)和整個(gè)電源的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。該電源還應(yīng)該具有體積小，控制簡(jiǎn)單，可靠性較高，成本較低，逆變效率高，波形質(zhì)量好等特點(diǎn)，這樣才能使產(chǎn)品在市場(chǎng)有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。3.電路總體方案的設(shè)計(jì)及相關(guān)原理3.1主電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主電路原理圖：圖1為該設(shè)計(jì)的主電路結(jié)構(gòu)，其中24V蓄電池的直流電壓經(jīng)過開關(guān)管S1和S2，高頻變壓器T、橋式整流器、L1和C1升壓為360V的直流高壓，再經(jīng)S1S6組成的逆變橋得到220V/50Hz的交流輸出。3.1.l DCDC環(huán)節(jié)采用變壓器的升壓DCDC環(huán)節(jié)中的原邊逆變電路拓?fù)溆邪霕蚴健⑷珮蚴?、椎挽式等。半橋式電路輸出電平只能為蓄電池電壓的一半，全橋式電路由于其?dǎo)通同路中存在2個(gè)管壓降，因此在低直流電壓回路中采用這兩種電路拓?fù)鋵⑾拗蒲b置的效率，而推挽結(jié)構(gòu)可充分利用蓄電池電壓，同時(shí)在導(dǎo)通回路中只有一個(gè)管壓降，因此本設(shè)計(jì)采用了推挽式結(jié)構(gòu)。推挽變換器每周期內(nèi)S1和S2在各自的半周期內(nèi)導(dǎo)通一次。為了防止變壓器的偏磁，S1和S2輪流導(dǎo)通的時(shí)間要相等，變壓器原邊的中心抽頭繞組的繞制要注意對(duì)稱。變壓器副邊將與原邊耦合產(chǎn)生的交流電壓升壓，然后經(jīng)不控整流得到高壓直流3.1.2 DCAC環(huán)節(jié)DCAC變換器的主電路為由4個(gè)MOS管構(gòu)成的單相橋式逆變電路，將360V的直流電壓轉(zhuǎn)換成220V50Hz的交流電壓。SPWM調(diào)制又分為非倍頻和倍頻兩種方式，本文采用倍頻單極性SPWM調(diào)制的逆變器，這種方式可以在不改變開關(guān)管工作頻率的情況下，通過對(duì)門極脈沖控制，使得輸出波形中最低次諧波頻率是開關(guān)頻率的2倍，從而可以減小濾波器的容量和體積。單相單檄性倍頻調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生可以有兩種方法，一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個(gè)正弦波和頻率為fc的三角載波交截，另一種是用頻率與幅值均相同，但相位卻相反的兩個(gè)頻率為fc的三角載波與一個(gè)正弦波交截，其結(jié)果均產(chǎn)生兩組PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，分別控制單相逆變橋的兩臂，逆變輸出波形的等效載波頻率為2fc，本文采用的是前一方案。3.2 電源的控制結(jié)構(gòu)DCDC環(huán)節(jié)由電流控制型脈寬調(diào)制器芯片UC3846控制。該芯片支持一個(gè)雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)、逐脈沖的電流限幅、對(duì)稱性校正和多電源模塊的并聯(lián)等功能。DCDC環(huán)節(jié)由UC3846外部RC元件設(shè)置工作頻率為50kHz。本設(shè)計(jì)中測(cè)量DCDC環(huán)節(jié)的輸出電壓VDC2以形成電壓外環(huán)，同時(shí)還將電流互感器套在變壓器T的輸入母線上測(cè)量流過主開關(guān)管的電流以形成電流內(nèi)環(huán)，通過UC3846形成雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)tout，以維持VDC2的穩(wěn)定。UC3846通過其外接元件可方便地設(shè)定DCDC環(huán)節(jié)高壓側(cè)輸出電壓和低壓側(cè)的電流限幅值。 MOTOROLA公司的56F801為一種16位數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)芯片，它將數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和微控制器豐富而靈活的外設(shè)集成在一個(gè)芯片中，可并行操作的3個(gè)執(zhí)行單元在一個(gè)指令周期中執(zhí)行6個(gè)操作，為多種應(yīng)用提供廉價(jià)的解決方案。它的一個(gè)突出特點(diǎn)是提供PWM和ADC模塊，支持多電機(jī)或多相控制。56F801的PWM模塊生成SPWM信號(hào)方便簡(jiǎn)潔，無需占用定時(shí)器資源。本設(shè)計(jì)中該芯片產(chǎn)生DCAC環(huán)節(jié)巾S3S6的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，履行測(cè)量和控制的任務(wù)。 3.3SPWM脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生倍頻SPWM的實(shí)現(xiàn)是通過56F801的PWM模塊來完成的。該模塊具有6個(gè)PWM引腳，可支持3對(duì)具有插入死區(qū)的互補(bǔ)PWM信號(hào)輸出。單相DC/AC環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中利用了3對(duì)互補(bǔ)PWM信號(hào)中的兩對(duì)來驅(qū)動(dòng)S3S6。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)可簡(jiǎn)述知下。 設(shè)置控制寄存器PMCTL和配置寄存器PMCFG，設(shè)置預(yù)分頻因子為l和脈寬發(fā)生為中心對(duì)齊方式。 若設(shè)置三角載波信號(hào)頻率為9.6kHz，則在IPBus時(shí)鐘為40MHz且預(yù)分頻因子為l的情況下，PWM模塊中寄存器PWMCM存儲(chǔ)的模數(shù)(modulus)值為PWMCM=40M96k2=2084。 為防止一個(gè)橋臂上的兩個(gè)管子直通，通過設(shè)置脈沖死區(qū)寄存器PMDFADTM設(shè)置2s的死區(qū)時(shí)間。PWMCM的賦值決定了脈沖的周期，而PWMVAL中的值則代表了脈寬，它們共同控制15位計(jì)數(shù)器PWMCNT形成PWM波形。為了產(chǎn)生SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，必須在每個(gè)周期產(chǎn)生中斷并在中斷服務(wù)中對(duì)PWMVAL中的值加以刷新。 通過對(duì)一個(gè)存儲(chǔ)于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的脈寬表的檢索獲取本周期的脈寬并對(duì)PWMVAL賦值。對(duì)PWMVAL逐周期查表賦值的過程稱為周期參數(shù)重載。參數(shù)重載的頻率由PWM模塊的頻率和預(yù)分頻因子，以及載波的頻率來共同決定。4主電路的參數(shù)設(shè)定與計(jì)算蓄電池額定電壓VDC1=24V;DC/DC環(huán)節(jié)的輸出電壓VDC2;副邊匝數(shù)N2=100;原邊匝數(shù)N1=10;占空比D=1.5;DC/DC環(huán)節(jié)中的直流電壓關(guān)系由式(1)描述 由(1)式得VDC2=360V 電源輸出額定交流電壓 UN=220V 電源輸出額定頻率 fn=50HZ5.課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過本次課程設(shè)計(jì)，對(duì)電力電子技術(shù)的知識(shí)有了更加具體，更加深入的的理解和直觀的認(rèn)識(shí)。通過設(shè)計(jì)這個(gè)小功率移動(dòng)逆變電源電路，并對(duì)其工作原理設(shè)計(jì)及輸入輸出值的設(shè)定與計(jì)算，將理論和實(shí)踐聯(lián)系在一起。在設(shè)計(jì)過程中，需要應(yīng)用到的數(shù)電，模電及電路原理等方面的知識(shí)，通過此次設(shè)計(jì)也讓我將這些知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)。而通過對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和計(jì)算，提高了自身的計(jì)算能力和理解能力。總之，通過課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。不但讓自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加合理，也