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《電力電子課設--單相逆變器仿真研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、目錄1概述12方案論證22.1主回路拓撲結(jié)構(gòu)方案選擇22.2電源控制方法方案選擇23系統(tǒng)設計及控制原理33.1硬件設計33.2SPWM波的軟件設計43.3仿真建模74系統(tǒng)原理與仿真結(jié)果114.1總電路114.2仿真實驗12結(jié)束語13參考文獻14本科生課程設計成績評定表單相逆變器仿真研究1概述隨著各行各業(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)的用電設備（如通信電源、電弧焊電源、電動機變頻調(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行變換而得到各自所需的電能形式，它們所使用的
2、電能大都是通過整流和逆變組合電路對原始電能進行變換后得到的?，F(xiàn)如今，逆變器的應用非常廣泛，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，當需要這些電源向交流負載供電時，就需要逆變。另外，交流電機調(diào)速變頻器、UPS、感應加熱電源等使用廣泛的電力電子裝置，都是以逆變電路為核心。本文以單相DC-AC逆變器為研究對象，設計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MSP30FX169為核心，根據(jù)反饋的電壓或電流信號對PWM波形作出調(diào)整，進行可靠的雙閉環(huán)控制，逆變部分采用MSP4
3、30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)頻率設置為20KHZ。系統(tǒng)具有短路保護，輸入過壓和過流保護功能，針對開關(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。設計的硬件電路主要包括全橋式逆變主電路、控制電路、驅(qū)動電路、取樣電路、保護電路等。重點分析了SPWM控制算法，并給出了軟件實現(xiàn)SPWM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)合的復合控制方法，既利用了無差拍控制的快速動態(tài)響應特性，又利用了PI控制具有強的魯棒性，據(jù)此設計的控制器能夠使逆變器的輸出電
4、壓很好地跟蹤正弦波，在電容性整流負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)設計，并給出電源在不同負載下和主電路濾波器參數(shù)變化下的輸出電壓仿真波形，證明了本方案設計的逆變器能夠得到優(yōu)質(zhì)的正弦交流電。2方案論證2.1主回路拓撲結(jié)構(gòu)方案選擇逆變電源主電路結(jié)構(gòu)的選取應該遵循以下幾個原則：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，這樣可以減小整個逆變電源設備
5、的體積，提高其可靠性，同時也應該降低設備的成本；電路拓撲結(jié)構(gòu)應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，本文所設計的逆變電源采用全橋式拓撲結(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，且計算工作量大，不利于實時控制。SVPWM是20世紀80年代中期由日本學者在交流電機調(diào)速中提出，SVPWM在各類三相逆變電路中得到了廣
6、泛應用，但在逆變電路中尚不多見，而SPWM容易實現(xiàn)對電壓的控制，控制線性度好，鑒于此點，本文所設計的逆變電源采用SPWM控制方式。3系統(tǒng)設計及控制原理3.1硬件設計逆變器的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1硬件系統(tǒng)框圖系統(tǒng)由逆變主電路、控制電路、驅(qū)動電路、取樣電路、保護電路、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，再經(jīng)過后級濾波電路濾除高次諧波，最終輸出有效值為36V的正弦波信號，再經(jīng)過36V~220V變壓器，得到220V交流電，單片機MSP430FX169產(chǎn)生四路PWM信號，控制驅(qū)動芯片TLP2
7、50，從而實現(xiàn)對逆變主電路的兩個開關(guān)管的控制。采樣電路檢測輸出電壓、電流，反饋到控制端進行可靠的雙閉環(huán)控制，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，同時提高了系統(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。由全橋式電路工作原理可知，同等輸入情況下，每個開關(guān)管承受的電壓應為半橋式的兩倍，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通損耗，提高整個系統(tǒng)的效率，兩個開關(guān)管應選取具有低導通壓降的功率MOSFET開關(guān)管。通過計算，本設計選擇額定電壓為150V，額定電流為30A的開關(guān)管IRF540。驅(qū)動3
8、0A/100V的MOSFET選用光電耦合器TLP250，它是具有驅(qū)動能力的快速光耦，還可以對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50A的MOSFET。芯片工作電壓為10V～35V，可直接取自12V直流輸入端。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。因此，濾波器的LC參數(shù)配置對輸出正弦波的失真度影響極
