三相逆變器的設(shè)計(jì)

三相逆變器的設(shè)計(jì)

專業(yè)及班級

自動化0802班

姓

名

孫

永林

指導(dǎo)教

師

王

黨樹

日

期2011年3月10日

1、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及生產(chǎn)需求狀況一、選題依據(jù)

隨著各行各業(yè)自動化水平及控制技術(shù)的發(fā)展和其對操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備（如通信電源、電弧焊電源、電動機(jī)變頻調(diào)速器等）都不是直接使用交流電網(wǎng)作為電源，而是通過形式對其進(jìn)行變換而得到各自所需的電能形式，它們所使用的電能大都是通過整流和逆變組合電路對原始電能進(jìn)行變換后得到的。逆變電源輸出波形質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)精度高、動態(tài)性能好以及負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。這種結(jié)構(gòu)簡單動靜態(tài)性能優(yōu)良和負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)的逆變電源，一直是研究者在逆變電源方面追求的目標(biāo)。

當(dāng)今世界逆變電源應(yīng)用非常廣泛，需求量逐年遞增。逆變電源技術(shù)的核心部分是逆變器和其控制部分。逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)頻調(diào)壓交流電的變換器，傳統(tǒng)方法是利用晶閘管組成的方波逆變電路實(shí)現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧波等缺點(diǎn)，近十余年來，由于電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全控型快速半導(dǎo)體器件BJT，IGBT，GTO等的發(fā)展和PWM的控制技術(shù)的日趨完善，使SPWM逆變器得以迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度和周期以達(dá)到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)，SPWM控制技術(shù)又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中。2、選題的目的及意義

正因?yàn)槟孀冸娫醇夹g(shù)的核心部分是逆變器和其控制部分，所以選擇逆變器的設(shè)計(jì)作為研究課題可以慢慢跨入逆變電源的行業(yè)中去深入發(fā)展，這是我感興趣的職業(yè)方向，同時我也想在師兄師姐的基礎(chǔ)上取得一點(diǎn)突破。眾所周知，雖然自關(guān)斷器件的產(chǎn)生簡化了逆變主電路，但它的開關(guān)頻率和功率仍受一定的限制，于是逆變電源輸出波形正弦度仍不是很理想。雖然在控制方法上已經(jīng)趨于成熟，但有些控制方法實(shí)現(xiàn)起來仍很困難。隨著開關(guān)頻率的提高，會引起開關(guān)損耗的增加，逆變效率和直流利用率的降低，因此，對逆變電源技術(shù)進(jìn)行深入地研究有很大的現(xiàn)實(shí)意義。二、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)思路及工作流程1.設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)思路1.1硬件部分設(shè)計(jì)內(nèi)容：整流模塊（AC—DC）、濾波模塊、逆變模塊（DC—AC）、保護(hù)電路模塊、驅(qū)動模塊。設(shè)計(jì)思路：將220V交流電經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓得到15V的驅(qū)動電壓，用實(shí)驗(yàn)室的電源24V直接給逆變電路供電。ARM控制器SPWM信號給TLP350構(gòu)成的驅(qū)動電路，以驅(qū)動逆變橋的MOS管，再經(jīng)過低通濾波器得到較為穩(wěn)定的三相交流電供給負(fù)載，用鍵盤控制SPWM信號的產(chǎn)生與停止以及頻率的增減，顯示模塊主要顯示當(dāng)前的頻率值。三相逆變器的原理框圖1．1．1整流濾波模塊（AC-DC）

采用不可控型單相全波整流電路,市電220V交流電壓經(jīng)功率變壓器降壓得到4路12V的交流電,經(jīng)過不可控型整流橋整流濾波電路后變成16V的直流電，最后穩(wěn)壓輸出15V電壓。整流濾波模塊框圖1．1．2逆變模塊（DC-AC）

采用全控型MOSFET三相橋式逆變電路。由ARM2131控制器產(chǎn)生SPWM驅(qū)動驅(qū)動電路，驅(qū)動電路觸發(fā)逆變器的全控型電子開關(guān)，逆變輸出經(jīng)過低通濾波器將SPWM波形變換成較穩(wěn)定的正弦波電壓。逆變過程中由于主回路存在布線電感，在開關(guān)器件關(guān)斷的過程中容易出現(xiàn)過電壓即尖峰電壓，嚴(yán)重時會損壞開關(guān)器件，所以需要設(shè)置保護(hù)電路（緩沖電路）來抑制尖峰電壓，而且設(shè)置瞬態(tài)電壓抑制器和快速二極管組成的鉗位電路可將電子開關(guān)關(guān)斷過程產(chǎn)生的尖峰電壓限制在安全范圍內(nèi)，同時可以減少開關(guān)損耗，提高逆變效率。逆變模塊框圖1.1.3其他模塊

保護(hù)電路模塊采用RCD緩沖電路，驅(qū)動模塊采用TLP350驅(qū)動芯片構(gòu)成的驅(qū)動電路。1.2軟件部分（難點(diǎn)和重點(diǎn))設(shè)計(jì)思路：

采用嵌入式系統(tǒng)ARM7-2131控制器編寫雙極性SPWM程序。實(shí)現(xiàn)SPWM的軟件采樣法有兩種基本的算法即自然采樣法和規(guī)則采樣法。自然采樣法是以正弦波為調(diào)制波，等腰三角波為載波進(jìn)行比較，在兩個波形的自然交換點(diǎn)時刻控制開關(guān)器件的通斷，但是此算法計(jì)算繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)控制。規(guī)則采樣法是一種工程實(shí)用法，一般以三角波作為載波，其原理是用三角波對正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時刻控制開關(guān)器件的通斷，從而產(chǎn)生SPWM信號。1．2．1ARM2131控制器的PWM簡介

LPC2131的脈寬調(diào)制器是建立在PWM專用的標(biāo)準(zhǔn)定時器之上，通過匹配功能及一些控制電路來實(shí)現(xiàn)PWM輸出。

PWM模塊有6個通道，7個匹配寄存器，可實(shí)現(xiàn)6個單邊沿控制PWM輸出和3個雙邊沿控制PWM輸出，完全可以滿足三相逆變器驅(qū)動所需要的3路SPWM波形。PWM定時器對外設(shè)時鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，在到達(dá)指定的定時值時可選擇產(chǎn)生中斷或執(zhí)行其他動作。獨(dú)立控制上升沿和下降沿位置的能力使PWM可以應(yīng)用于很多領(lǐng)域。1.2.2軟件主程序流程圖軟件主程序簡要說明:

系統(tǒng)一開始進(jìn)行初始化，這部分包括系統(tǒng)初始化、中斷初始化和定時器初始化。系統(tǒng)初始化主要是管腳功能選擇，管腳分配，管腳輸入和輸出功能選擇等，而中斷初始化主要包括中斷的使能，中斷模式的選擇，中斷通道分配，設(shè)置中斷入口地址等。在初始化結(jié)束后啟動定時器，調(diào)用默認(rèn)的TABLE，再對鍵盤進(jìn)行掃描，當(dāng)有中斷請求時調(diào)用中斷子程序，并刷新顯示。[1]沈錦飛.電源變換應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.[2]王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)(第4版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[3]陳堅(jiān).電力電子學(xué)—電力電子變換和控制技術(shù)（第2版）.北京：高等教育出版社，2004[4]周志敏錄海華.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例.北京:電子工業(yè)出版社，2010.[5]劉鳳君.正弦波逆變器[M].北京:科學(xué)出版社，2002.[6]何此昂，周渡海.變壓器與電感器設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2011.[7]劉鳳君.工頻與高頻三相綠色UPS電路.北京：電子工業(yè)出版社，2011.[8]劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

三、參考文獻(xiàn)四、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作進(jìn)度安排第4周（3.12—3.18）：細(xì)化開題報(bào)告的各模塊，繼續(xù)查閱資料。第5周（3.19—3.25）：整體設(shè)計(jì)，給元器件選型，購買元器件。第6—7周（3.26—4.8）：焊接主電路和驅(qū)動電路，并購買專門的三相SPWM產(chǎn)生芯片對電路板進(jìn)行調(diào)試。第8—11周(4.9—5.6)：研究SPWM的原理，并根據(jù)