單相逆變器仿真設(shè)計(jì)(776)

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1、武漢理工大學(xué)《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書單相逆變器仿真研究1概述隨著各行各業(yè)自動(dòng)化水平及控制技術(shù)的發(fā)展和其對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)原始電能進(jìn)行變換后得到的。現(xiàn)如今，逆變器的應(yīng)用非常廣泛，在已有的各種電源中，蓄電池、干電池、太陽能電池等都是直流電源，當(dāng)需要這些電源向交流負(fù)載供電時(shí)，就需要逆變。另外，交流電機(jī)調(diào)速變頻器、UPS、感應(yīng)加熱電源等使用廣泛的電力電子裝置，都是以逆變電

2、路為核心。本文以單相DC-AC逆變器為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種基于全橋式結(jié)構(gòu)的SPWM逆變器。以TI公司低功耗16位單片機(jī)MSP30FX169為核心，根據(jù)反饋的電壓或電流信號(hào)對(duì)PWM波形作出調(diào)整，進(jìn)行可靠的雙閉環(huán)控制，逆變部分采用MSP430數(shù)字化SPWM控制技術(shù)，以盡可能減少諧波。為降低開關(guān)損耗，防止產(chǎn)生噪聲，將開關(guān)頻率設(shè)置為20KHZ。系統(tǒng)具有短路保護(hù)，輸入過壓和過流保護(hù)功能，針對(duì)開關(guān)管，還完善了抑制浪涌電流，開斷緩沖和關(guān)斷緩沖等功能。設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括全橋式逆變主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、取樣電路、保護(hù)電路等。重點(diǎn)分析了SPWM控制算法，并給出了軟件實(shí)現(xiàn)S

3、PWM波形的過程。采用無差拍控制和傳統(tǒng)的PI控制方法相結(jié)合的復(fù)合控制方法，既利用了無差拍控制的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，又利用了PI控制具有強(qiáng)的魯棒性，據(jù)此設(shè)計(jì)的控制器能夠使逆變器的輸出電壓很好地跟蹤正弦波，在電容性整流負(fù)載下輸出電壓也具有很好的正弦性，在MATLAB/SIMULINK下建立了電源系統(tǒng)的仿真模型，完成了控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)，并給出電源在不同負(fù)載下和主電路濾波器參數(shù)變化下的輸出電壓仿真波形，證明了本方案設(shè)計(jì)的逆變器能夠得到優(yōu)質(zhì)的正弦交流電。1武漢理工大學(xué)《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書2方案論證2.1主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案選擇逆變電源主電路結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)該遵循以下幾個(gè)

4、原則：選用盡量少的開關(guān)器件，這樣可以提高系統(tǒng)的可靠性，并且降低成本；盡量減少逆變電源中的電容值、電感值，和減少電容電感元件在逆變電源中的數(shù)量，這樣可以減小整個(gè)逆變電源設(shè)備的體積，提高其可靠性，同時(shí)也應(yīng)該降低設(shè)備的成本；電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該有利于逆變電源最終輸出電壓中諧波的消除，輸出電壓頻率及幅值的調(diào)節(jié)。鑒于此點(diǎn)，本文所設(shè)計(jì)的逆變電源采用全橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。2.2電源控制方法方案選擇常用的逆變電源控制方法有正弦脈寬調(diào)制（SPWM）、特定諧波消除（SHEPWM）和電壓空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）。SHEPWM只能消去指定的諧波分量，并沒徹底改善電壓波形，且計(jì)算工作量大，不

5、利于實(shí)時(shí)控制。SVPWM是20世紀(jì)80年代中期由日本學(xué)者在交流電機(jī)調(diào)速中提出，SVPWM在各類三相逆變電路中得到了廣泛應(yīng)用，但在逆變電路中尚不多見，而SPWM容易實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制，控制線性度好，鑒于此點(diǎn)，本文所設(shè)計(jì)的逆變電源采用SPWM控制方式。2武漢理工大學(xué)《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書3系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制原理3.1硬件設(shè)計(jì)3.1.1逆變器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逆變器的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由逆變主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、取樣電路、保護(hù)電路、顯示電路構(gòu)成。輸入為48V直流電，經(jīng)主電路逆變成交流信號(hào)，再經(jīng)過后級(jí)濾波電路濾除高次諧波，最終輸出有效值為36V的正弦波信

6、號(hào)，再經(jīng)過36V~220V變壓器，得到220V交流電，單片機(jī)MSP430FX169產(chǎn)生四路PWM信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)芯片TLP250，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變主電路的兩個(gè)開關(guān)管的控制。采樣電路檢測輸出電壓、電流，反饋到控制端進(jìn)行可靠的雙閉環(huán)控制，使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，同時(shí)提高了系統(tǒng)抵抗輸入干擾的能力，使系統(tǒng)的輸入干擾不至于引起很大的輸出脈動(dòng)。圖1硬件系統(tǒng)框圖3.1.2主回路及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)由全橋式電路工作原理可知，同等輸入情況下，每個(gè)開關(guān)管承受的電壓應(yīng)為半橋式的兩倍，為推挽式的一半，并且輸入側(cè)為低壓大電流狀態(tài)，為了盡可能地降低導(dǎo)通損耗，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率，兩個(gè)開關(guān)管應(yīng)選取具有低導(dǎo)通

7、壓降的功率MOSFET開關(guān)管。通過計(jì)算，本設(shè)計(jì)選擇額定電壓為150V，額定電流為30A的開關(guān)管IRF540。驅(qū)動(dòng)30A/100V的MOSFET選用光電耦合器TLP250，它是具有驅(qū)動(dòng)能力的快速光耦，還可以對(duì)控制電路和主電路起光電隔離作用。TLP250最大輸入電流為20mA，最大輸出電流為1.5A，可以驅(qū)動(dòng)50A的MOSFET。芯片工作電壓為10V～35V，可直接取自12V直流輸入端。3.1.3輸出濾波電路設(shè)計(jì)逆變主電路輸出的是SPWM波，需經(jīng)交流濾波器濾除高次諧波分量，方可得到正弦波。3武漢理工大學(xué)《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書因此，濾波器的LC參數(shù)配置對(duì)輸出正

8、弦波的失真度影響極大。這