大功率逆變電源的設(shè)計(jì)

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1、邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論1.1論文研究的背景和意義隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異地發(fā)展,正弦波逆變電源作為新一代直流/交流轉(zhuǎn)換電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電信、移動(dòng)、聯(lián)通、航空航天、金融管理、辦公自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)控制、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事科研等各個(gè)領(lǐng)域。正弦波逆變電源利用蓄電池的直流電作為輸入,經(jīng)逆變后輸出純凈的正弦波交流電,輸出電壓和頻率極為穩(wěn)定并可長(zhǎng)期連續(xù)工作，消除了直接使用市電帶來的供電中斷、電壓不穩(wěn)、雜音干擾和雷電侵入等不利因素，同時(shí)克服了小型UPS供電時(shí)間短的致命缺陷,確保用電設(shè)備連續(xù)可靠的工作。配備正弦波逆變電源是系統(tǒng)安全、可

2、靠運(yùn)行的最佳保障。本文所涉及的正弦波逆變電源是電力電子技術(shù)中的一個(gè)重要的組成部分,它的作用是將直流電能變換成電能質(zhì)量較高的、能滿足負(fù)載對(duì)電壓和頻率要求的交流電能。隨著工業(yè)和科技技術(shù)的發(fā)展,用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高,正弦波逆變器的應(yīng)用面將會(huì)越來越廣,同時(shí)電力電子技術(shù)的發(fā)展和各種控制技術(shù)的發(fā)展也必將推動(dòng)正弦波逆變技術(shù)發(fā)展。1.2現(xiàn)代逆變電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1現(xiàn)代逆變電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀電源是電力電子技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一,正是電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了電源技術(shù)的進(jìn)步，可以說電力電子技術(shù)是電源技術(shù)的核心。推動(dòng)逆

3、變電源技術(shù)發(fā)展的，主要有三個(gè)方面的因素。它們是電力電子器件技術(shù),微處理器控制技術(shù)和PWM控制技術(shù)。（1）電力電子器件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀自1957年美國(guó)通用電氣節(jié)司(GE)開發(fā)的電力電子器件晶閘管問世以來,電力電子器件經(jīng)歷了四個(gè)階段:以整流管、晶閘管為代表的第一階段。主要應(yīng)用在開關(guān)電源場(chǎng)合。第二階段，以GTO、GTR等全控器件為代表的發(fā)展階段。雖仍屬電流型控制模式,但其應(yīng)用使得準(zhǔn)高頻化得以實(shí)現(xiàn)。第三階段,以功率MOSFET、IGBT等電壓型全控器件為代表的發(fā)展階段。MOSFET開關(guān)頻率高(可達(dá)1MHz)，主要用于以上的超聲100

4、kHz波電源,但缺點(diǎn)是在高壓大電流場(chǎng)合功耗較大,因此大功率(1500W以上)有些困難。IGBT的開關(guān)頻率日前可以在40-50kHz,功率可以達(dá)到39邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5000W,它的價(jià)格較高,保護(hù)線路要求復(fù)雜。第四階段，以SPIC(智能功率集成電路)、HVlC(高壓集成電路)等功率集成電路為代表的發(fā)展階段,使電力電子技術(shù)與微電子技術(shù)更緊密地結(jié)合在了一起。它實(shí)現(xiàn)了器件與電路的集成,強(qiáng)電與弱電、功率流與信息流的集成,成為機(jī)和電之間的智能化接口,是全新的智能化時(shí)代。這一階段還處在初期發(fā)展中。（2）微處理器控制技術(shù)的發(fā)展近二

5、十年來,微處理器技術(shù)的取得了巨大進(jìn)步,從1974年美國(guó)仙童公司生產(chǎn)出的第一塊單片機(jī)開始,單片機(jī)如雨后春筍般大量涌現(xiàn)。它使得逆變電源控制系統(tǒng)的性能有了很大的提高。在超聲波電源中,單片機(jī)主要用作數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算處理、電壓電流調(diào)節(jié)、PWM信號(hào)生成、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障自我診斷等,一般作為整個(gè)電路的主控芯片運(yùn)行,完成多種綜合功能。配合D/A轉(zhuǎn)換器和MOSFET功率模塊實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。另外,單片機(jī)還具有對(duì)過流，過熱。欠壓等情況的中斷保護(hù)以及監(jiān)控功能。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是近年來迅速崛起的新一代可編程處理器,與單片機(jī)相比,DSP具有更快

6、的CPU,更高的集成度和更大容量的存儲(chǔ)器。在超聲波電源中,DSP可以完成除功率變換以外的所有功能,如主電路控制、系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)通信等。雖然DSP有著許多優(yōu)點(diǎn),但是它也存在一些局限性,一如采樣頻率的選擇、PWM信號(hào)頻率及其精度、采樣延時(shí)、運(yùn)算時(shí)間及精度等。這些因素會(huì)或多或少地影響電路的控制性能。但是隨著DSP技術(shù)的發(fā)展,這些問題會(huì)逐步解決,同時(shí)DSP技術(shù)也會(huì)使一些傳統(tǒng)的控制技術(shù)如PID控制技術(shù)煥發(fā)一新。（3）PWM控制技術(shù)的發(fā)展隨著電壓型逆變器在高性能電力電子裝置幣越來越廣泛的運(yùn)用,PWM技術(shù)作為核心技術(shù),引起了人們

7、的高度重視,并得到越來越深入的研究。PWM控制信號(hào)的最初從采用模擬電路完成三角調(diào)制波和正弦波的比較產(chǎn)生,以控制功率器件的開關(guān),到目前采用全數(shù)字方案,完成實(shí)時(shí)在線的PWM輸出。SPWM控制波的產(chǎn)生從電源角度出發(fā)的自然采樣法,近似自然采樣的規(guī)則采樣法,等面積采樣法,發(fā)展到從控制對(duì)象角度出發(fā)的磁通正弦PWM控制技術(shù),以及優(yōu)化的PWM技術(shù),包括特定諧波消去SPWM控制技術(shù),轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小PWM技術(shù)和隨機(jī)PWM控制技術(shù)。39邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）隨著逆變電源頻率的提高,自關(guān)斷器件的開關(guān)損耗已不容忽視,它不但嚴(yán)重降低了電源的效率,而且

8、對(duì)器件本身的損耗也很大,縮短了使用壽命,這也是電力電子技術(shù)發(fā)展所面臨的一個(gè)問題。針對(duì)這個(gè)問題，軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域,出現(xiàn)了負(fù)載諧振技術(shù)、準(zhǔn)諧振或多諧振技術(shù)、ZCS-PWM和ZVS-PWM技術(shù)、ZVT-PWM和ZCT-PWM技術(shù)以及移相橋ZVS-PWM技術(shù)。這些技術(shù)為逆變系統(tǒng)的數(shù)字化提供