毕业设计
摘要：随着电力电子技术的飞速发展，变压变频电源已被广泛应用在各种领域中，与此同时，系统对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器，已成为电力电子领域的研究热点。
在阐述单相全桥式变频电源原理的基础上，讨论了变频电源主电路主要器件参数的设计。为了提高输出波形质量，采用了基于脉宽调制器SG3525芯片的闭环控制电路，详细介绍了SG3525的应用特点，并分析了脉宽调制器SG3525产生脉宽调制波的形成过程，以及由SG3525控制的单相变频的实现原理。经分析结果表明，这种控制方式可实现逆变电源变压、变频，控制系统简单可靠，使用灵活，适用性强，具有良好的应用前景。
关键词：正弦波脉宽调制(SPWM)；变频电源；闭环控制；逆变
Design of the single-phase frequency- variable power supply
Abstract: With the power of the rapid development of electronic technology, variable voltage and variable frequency power supply has been widely applied in variable fields, at the same time the quality of the output voltage waveform in the variable frequency power also made increasing demands. The inverter output waveform quality requirements include two aspects: First, steady-state high precision and the other is a good dynamic performance. Therefore, the research and development is simple and has an excellent dynamic and static performance of the inverter control strategy, which has become a power electronics research in the field of one of the hot spots.
This paper introduces the design of the main elements in the main circuit of the single-phase frequency-variable power supply, adopts the closed- loop control method which is based on pulse width modulation IC SG3525 to improve the quality of the output waveforms. This paper describes the characteristics of SG3525, analyses the formation process of making use of sine pulse width modulating signals produced by the SG3525 and the control theory of the single-phase inverter on SG3525. The experimental result shows that this control method to achieve variable voltage and variable frequency output of the power and the power supply has a good application
prospect with the advantages of reliability, feasibility and adaptability.
Keywords: sinusoidal pulse width modulation (SPWM); frequency-variable power supplier; the closed- loop control; inverter
目录
1绪论 (4)
1.1 课题的研究背景 (4)
1.1.1电力电子技术的发展 (4)
1.1.2 变频电源的发展 (5)
1.1.3 变频技术的发展动向 (6)
1.2 课题研究的意义 (7)
2 系统方案论证与设计 (8)
2.1 系统方案论证 (8)
2.1.1 结构方式 (8)
2.1.2 构成变频电源方式 (9)
2.1.3电压源型变频器和电流源型变频器 (10)
2.2 系统结构组成 (11)
3 变频主电路的设计 (12)
3.1 电路构成 (12)
3.2 变频电源的工作原理 (12)
3.2.1 交—直部分 (12)
3.2.2 直—交部分 (14)
3.3 输出滤波电路设计 (16)
4 功率器件的驱动和保护电路设计 (17)
4.1 M57962L驱动电路的简介 (17)
4.1.1 引脚排列及主要性能参数 (17)
4.1.2 M57962L模块具有以下特点： (18)
4.1.3 M57962L工作原理 (18)
4.2 IGBT保护电路 (19)
4.2.1 过流保护 (19)
4.2.2 过压保护 (19)
5 逆变器控制系统的设计 (20)
5.1 SPWM控制技术 (20)
5.1.1 PWM调制法基本原理 (20)
5.1.2 SPWM波形生成方法的分析 (21)
5.1.3 SPWM的约束条件 (23)
5.1.4 SPWM调制方法 (24)
5.2 SPWM控制电路设计 (25)
5.2.1 SG3525的电路组成及各部分功能 (25)
5.2.2 SG3525应用电路 (26)
5．3 单片机接口电路设计 (28)
5.3.1 A/D转换接口电路设计 (28)
5.3.2 D/A转换接口电路设计 (31)
6 结束语 (33)
致谢 (34)
参考文献 (35)
附录 (36)
1 绪论
1.1 课题的研究背景
1.1.1电力电子技术的发展
1957年，美国研制出世界上第一只普通的(400Hz以下)反向阻断型可控硅，后称晶闸管。它是一种半控型器件，用它组成的电路简称半控型电路，其基本特点是容量大，但电路结构复杂，开关频率低，功率密度和整机效率不高。经过60年代的工艺完善和应用开发，到了70年代，晶闸管己形成从低压小电流到高压大电流的系列产品。在这期间，世界各国还研制出一系列的派生器件，如不对称晶闸管、逆导晶闸管、双向晶闸管、门极辅助关断晶闸管、光控晶闸管以及80年代迅速发展起来的可关断晶闸管。70年代，晶体管进入工业应用领域，由于晶体管具有自关断能力且开关速度可达20KHz，是一种全控器件。在PWM技术中一度得到了广泛的应用，并促使装置性能进一步提高和传统直流电源装置的革新，但因晶体管是一种电流控制型器件，开通增益有限，这对驱动电路的设计和能耗而言都是一个负担，另外还存在二次击穿、不易并联以及开关频率仍然偏低等问题。比较而言，功率场效应晶体管MOSFET是一种电压控制型自关断器件，具有驱动功率低、安全工作区宽(几乎不存在二次击穿问题)、漏极电流为负温度特性(易并联)、输入阻抗高等优点，同时又是一种高频器件，能够在高频硬开关环境中工作。工作频率达到几十千赫至数百千赫，低压管甚至可达兆赫。功率场效应晶体管优点突出，但其导通电阻与耐压大小成正比，这就限制了它在高频、
大功率领域的应用。基于晶体管和功率场效应晶体管的优缺点，80年代电力电子器件最引人注目的成就之一就是开发出双极型复合器件。研制复合器件的主要目的是实现器件的高压、大电流参数同动态参数之间的最合理的折中，使其兼有MOS器件和双极型器件的突出优点，即具有MOSFET的输入特性、开关频率和晶体管的输出特性、开关容量，从而产生出较为理想的高频、高压和天电流器件。目前被认为最有发展前途的复合器件是绝缘栅双极型晶体管IGBT ( Insulate Gate Bipolar Transistor )。实际上它是一种用MOS门控制的晶体管。鉴于IGBT 优良的器件特性和不断提高的制造工艺，IGBT逐渐占领了电力电子器件市场。
除了器件本身性能的不断提高，器件模块化和集成技术也相继发展起来。就内部结构而言，MOSFET和IGBT都是功率集成器件，模块化技术的应用大大提高了电路功率密度和可靠性。随着集成技术的发展，功率模块逐渐向智能化方向发展，即模块内部除了主电路器件之外，还包括相应的各种接口电路、保护电路(过流、过压、过热保护等)和驱动电路，故也称智能功率模块或功率集成电路。这是电力电子技术的一大进步，说明集成电路已从信息电子技已术领域扩展到功率电子技术领域。尽管目前的IPM在功率等级上还很有限，但在各个应用领域中显示出显著的优点。
1.1.2 变频电源的发展
随着电力电子技术、微电子技术和控制理论的发展，电力半导体器件和微处理器的性能不断提高，而且应用范围也越来越广。目前变频器不但在传统的传统的电力拖动系统中得到了广泛的应用，而且几乎已经扩展到了工业生产的所有领域，并且在空调、洗衣机、电冰箱等家电产品中也得到了广泛应用。
采用变频技术可以节能降耗、改善控制性能、提高产品产量和质量，因而在应用中取得了良好的应用效果和显著的经济效益。
目前应用最为广泛的是通用变频器，通用变频器大都为电压型交—直—交变频器。三相交流电首先通过二极管不控整流桥得到脉动直流电，再经电解电容滤波稳压，最后经无源逆变输出电压、频率可调的交流电给负载。这类变频器功率因数高、效率高、精度高、调速范围宽，所以在工业中获得广泛应用。但是通用变频器不能直接用于需要快速起、制动和频繁正、反转的调速系统，如高速电梯、矿用提升机、轧钢机、大型龙门刨床、卷绕机构张力系统及机床主轴驱动系统等。因为这种系统要求电机四象限运行，当电机减速、制动或者带位能性负载重物下放时，电机处于再生发电状态。由于二极管不可控整流器能量传输不可逆，产生的再生电能传输到直流侧滤波电容上，产生泵升电压。工程上对这种泵升能量的多种处理方法如前所述，基本上分为两类：(1)以热能或其它形式消耗；(2)通过能量回馈电路的技术处理使之回馈到交流电网或其它储能装置中。显然，前一类
方法比较简单，但如前所述，这类方法不仅浪费了能源，有时也会产生某些副作用，这对整个系统的可靠性不利；后一类能量回馈制动技术虽然结构较为复杂，但提高了能源的利用率，尤其是对频繁起、制动或长期带势能性负载下放的系统，在有效制动的同时会产生显著的节电效果，将相应的能量回送到电网中。
目前有些变频器己经有了能量回馈制动单元，但这些制动单元一般采用单片机控制，如51系列单片机。这些单片机的性能不能满足实时信号处理的需要，因此这些制动单元的功能较少，而且其大部分功能由硬件电路实现，造成硬件电路复杂、维护工作量大、输出电能质量不够高等缺点。DSP芯片(数字信号处理器)和ARM(嵌入式技术)的出现将完善和解决这些工程问题提到议事日程之上，为应用于能量回馈电路的新技术发展提供了广阔的前景。
1.1.3 变频技术的发展动向
变频电源进入实用期已超过了1/4个世纪，在此期间，作为变频技术基础的电力电子技术和微电子技术都经历了飞跃性的发展，随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频电源的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地为实现变频电源的进一步小型化而做着新的努力。从技术方面来看，随着变频电源市场的进一步扩大，今后变频技术将会随着有关的技术发展，在下面几个方面也会有进一步的提高：a)大容量和小体积化；
b)高性能和多功能化； c)易操作性的提高； d)寿命和可靠性增加； e)无公害化。
大容量和小体积化将会随着电力半导体器件的发展而不断得到发展。近年来，采用电压驱动的电力半导体器件IGBT发展很快，并在迅速进入传统上使用BJT和功率MOSFET的各种领域。此外，以IGBT为开关器件的IPM和单片功率IC 芯片将功率开关器件和驱动电路，保护电路等集成在同一封装内，具有高性能和可靠性好的优点，所以随着它们在大电流化和高耐压化方面的发展，必将在中小功率的变频电源中得到更加广泛的应用。
随着变频电源市场的不断扩大，如何进一步提高变频电源的易操作性，使普通的技术人员甚至非技术人员也能很快地掌握变频电源的使用技术已经成为厂家必须考虑的问题。因为只有容易操作的产品才能够不断获得新的用户，并进一步扩大市场，所以今后的新型变频电源将更加容易操作。
随着半导体技术的发展和电力电子技术的发展，变频电源中所使用的各种元器件的寿命和可靠性都在不断提高，这些都将使变频电源本身的寿命和可靠性进一步增加。
在变频电源推广应用的初期，噪声问题曾经是一个比较大的问题。随着 IGBT 的低噪声变频电源的出现，这个问题已经基本上得到了解决。但是，随着噪声问
题的解决，人们的目光又转向了变频电源对周围环境的其他影响并在不断探索新的解决办法。例如，对于采用了二极管整流电路和电压形 PWM 逆变电路的变频电源来说，变频电源本身造成的高次谐波将给电源电压和电流带来畸变，并影响接于同一电源的其他设备。但是,通过在变频电源中采用 PWM 整流电路，就可以基本上解决这个问题。虽然因为价格和控制技术等方面的原因目前采用 PWM 整流电路的变频电源尚未得到推广，但是，随着变频技术的发展和人们对环境问题的重视，不断减少变频电源对环境的影响，直至推出真正的无公害变频电源。1.2 课题研究的意义
近年来，变频电源已成为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。变频电源自问世以来引起了国内外电源界的普遍关注，现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。传统的体积大，笨重，效率低的变频电源已不能满足要求，现代变频电源以其低损耗、高效率、电路简洁最佳的性能指标等显著优点受到青睐，并广泛应用于电气传动、计算机、电子设备。仪器仪表、通信设备和家用电器中。然由于用电对象具有多样性、新颖性和复杂性，且要具备适应各种不同负载的能力，各种用电设备对电源提出了越来越高的要求，因此要针对一些中小功率的电气设备设计出适宜的可调节其频率和电压的电源显得越发重要。
变频电源主要由整流滤波电路、开关稳压电路、逆变电路、电流电压检测电路及控制器电路等部分组成。其中逆变器部分很重要，有了逆变器，就可利用直流电（蓄电池、开关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠的用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音；在风能、太阳能领域，逆变器更是必不可少。小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。逆变器有着广泛的用途，它可用于各类交通工具，如汽车、各类舰船以及飞行器，在太阳能及风能发电领域，逆变器有着不可替代的作用。
变频逆变电源应用广泛，应用该电源可以实现从三相交流电到单相交流电的转换，为设备提供电源，其变频功能还可以改变单相交流电的输出变频频率，可以很方便的用于一些中小功率的单相电机进行变频调速等。
许多电子设备、电器设备需要为其提供频率、电压均要变化的电源，如：变频调速系统、大功率信号源等，这类电源均称为变频变压交流电源。在实际运行中，这些电源需要随机改变电源电压、频率，或者电源电压和频率之间按照一定规律进行变化，以使负载或者对象按照一定的规律运转。因此，研究变频电源设计与实现具有实际的意义。
2 系统方案论证与设计
2.1 系统方案论证
2.1.1 结构方式
从结构上看，静止式变压变频装置有直接和间接两种结构方式。
a ）直接变压变频装置的结构如图所示。
~50HZ
图 2-1 直接（交—交）变压变频装置
这种装置只有一个环节，就可以把恒频恒压(CVCF)的交流电源变换成VVVF 电源，因此，称之为直接（或交—交）变压变频装置。
常用的交—交变压变频装置输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正、反向两组按一定周期互相切换，在负载上就获得交变的输出电压o u 。o u 的幅值决定于各组整流装置的控制角a ，o u 的频率决定于两组整流装置的切换频率。如果控制角a 一直不变，则输出平均电压是方波，要得到正弦波，就必须在每一组整流器导通期间不断改变其控制角。交—交变压变频装置虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，但所用的器件数量更多，总设备相当庞大。这种装置受输出谐波电流和脉动转矩的限制，最高输出频率不超过电网频率的1/3～1/2。鉴于这类装置的器件数量多而输出频率低，一般只用于低转速、大容量的调速系统。
b
）间接变压变频装置则是先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率的交流电，因此又称为有中间直流环节的变压变频装置，或交—直—交变压变频装置。交—直—交变频器基本上由整流器、滤波器和逆变器3大部分组成。
环节
图2-2 间接（交—直—交）变压变频装置
先用可控硅整流器将交流电压整成电压可调的直流电压d V 。中间经过大电容或大电感进行滤波，统称为直流环节。然后采用开关器件令它们轮流切换导通，则在负载上得到频率可调的交流电压Vo 。Vo 的幅值由由整流器输出电压决定，Vo 的频率由逆变器开关器件切换的频率决定，并且不受电源频率的限制。为了提高电网侧的功率因数。前级整流器也可采用不可控整流来获得，然后再经斩波器或有脉宽调制功能的逆变器来实现调压。如图2-3所示。
如图a中所示的这种装置，调压和调频在两个环节上分别进行，两者要在控制电路上协调配合，其结构简单，控制方便。但是，由于输入环节采用晶闸管可控整流器，当电压调得比较低时，电网端功率因数较低。而输出环节多用晶闸管组成的三相六拍逆变器，每周换相六次，输出谐波较大。
如图b所示的装置中，整流环节采用二极管不控整流器，只整流不调压，再单独设置斩波器，用脉宽调压。这样虽然多了一个环节，但调压时输入功率因数不变，克服了图a装置的缺点，不过输出信号中仍有较大的谐波。
如图c 所示的装置中，用不控整流，则输入功率因数不变；用PWM逆变，则输出谐波可以减少。这样，如图a所示的装置的两个缺点都消除了。PWM 逆变器需要全控式电力电子器件，其输出谐波减少的程度取决PWM的开关频率，而开关频率则受器件的开关时间限制。采用MOSFET或IGBT时，开关频率可达10kHz以上，输出波形已经非常逼近正弦波，因而又称为正弦波脉宽调制(SPWM) 逆变器，成为目前最有发展前途的一种装置形式。
调压
b)
图2-3 间接变压变频装置的不同结构形式
a)可控整流调压、逆变调压
b)不可控整流、斩波器调压、逆变器调频
c)不可控整流、PWM逆变器调压调频
因此，为了提高通用性，系统选用AC-DC-AC 变换电路（即交—直—交变压变频装置）。
2.1.2 构成变频电源方式
总体来讲，实现变频电源的方案主要有两种：模拟式和数字式。
模拟式是采用反馈振荡电路，利用自激振荡和选频作用，通过正反馈机制建立连续的正弦波输出。频率的调节用电位器实现。这种方法构成的电路简单，成
本低，而且频率连续可调。但是波形精度低，稳定性差，谐波成分较大且不易与微机接口。
数字式是在微控制器的作用下，通过一定的方法，根据所设定的周期逐点输出正弦波的每个样值，再通过数模转换，从而形成连续平滑的波形。这种方法稳定性好，精度高，又能很方便得控制频率和幅值。
图2-4 交—直—交变换器结构图
在交—直—交变换器这种结构中，无论作为变频调速器还是逆变电源，逆变技术在整个系统占有重要的地位。传统的逆变电源技术采用的模拟电路控制，在早期的现实条件下，模拟电路控制技术满足了一定的要求，但是模拟电路存在一些固有的缺点：
(a) 因采用大量的分立元件，导致系统的成本偏高，可靠性下降。
(b) 器件热漂移问题的存在，导致系统输出性能变差。
(c) 产品升级换代困难。
在80年代初期，为了提高逆变电源的通信功能及显示功能，逆变电源的设计中采用了微处理器，但是，由于微处理器的速度有限，通常只具有给定正弦波的发生、控制逆变电源的开关及实现保护显示等功能，逆变电源的核心—逆变器的控制仍然需要模拟电路的参与。
2.1.3电压源型变频器和电流源型变频器
无论是交—直—交变频还是交—交变频，从变频电源的性质上看，又可以分为电压源型变频器和电流源型变频器两大类。对于交一直一交变频装置，两类变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。
交—直—交变频装置中，当中间的直流环节采用大电容滤波时，直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波，而电流波形不规则，有许多毛刺。这类变频器称为电压源型变频器。电压型源变频器中的逆变开关器件都应反并联一个快速二极管，称为续流二极管，这是为滞后的负载电流提供反馈到电源的通路。一般的交—交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，也属于电压源型变频器。当中间的直流环节采用大电感滤波时，直流电流比较平直，从逆变器输入端来看，直流电呈高阻抗，对负载来说基本上是个电流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波，这类变频装置叫电流源型变频器。
+
--+U
a) 电压源型 b)电流源型
图2-5 电压源型和电流源型交—直—交变频装置
2.2 系统结构组成
基于以上的分析比较，结合本课题的实际应用，设计的变频电源系统构成如图2-6所示。
(a)单片机。做为控制器的单片机是整个控制系统的大脑，它要完成对取样反馈回来的电压模拟信号转换成数字信号，决定PWM 产生器SG3525输出PWM 控制信号的任务，并通过显示电路显示出系统的最新运行状态。
(b)整流电路。采用二极管单相不可控整流桥，将交流电转变成直流电。 (c)滤波电路。二极管不可控单相整流电路输出的直流电含有纹波，通过大电容将带有纹波的电压波形滤得比较平滑。
(d)逆变电路。采用全桥PWM 逆变电路，将直流电逆变成负载需频率和电压的交流电。
(e)隔离驱动电路。根据单片机提供的输出PWM 控制波形的信息，产生相应的驱动信号。由于系统强电部分和弱点部分要实现电气土的隔离，所以中间需要加上光耦隔离。
(f)输出滤波电路。逆变器输出的是高频PWM 脉冲，需要滤波后才能得到负载需要的正弦波形。设计时采用LC 滤波器。
(g)检测电路主要是检测输出的电压值并传回单片机。
3 变频主电路的设计
3.1 电路构成
变频电源由主电路和控制电路两大部分组成。主电路包括二极管整流滤波电路、IGBT(绝缘栅双极晶体管)逆变器，以及输出滤波电路等。控制电路包括单片机系统、驱动保护电路、信号检测电路以及显示电路。
3.2 变频电源的工作原理
本文设计的变频电源是由AC—DC—AC部分组成的，即采用的是交—直—交方式，其主要工作原理如下：首先把50HZ、220V的交流电通过整流、滤波电路转换成直流电，然后再用单相桥式逆变电路把直流电转换成单相交流电，在逆变过程中逆变出的交流电的频率是可以控制的，其具体算法主要采用SPWM（正弦脉宽调制）。
3.2.1 交—直部分
近年来，在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，由于大多数逆变器（特别是SPWM逆变器）本身可以调压，所以大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源，供后级的逆变器、斩波器等使用。该电路适用于小功率单相交流输入的场合，所以本系统中将采用电容滤波的单相不可控整流电路，
电容滤波的不可控桥式整流电路及输入特性波形图如图3-1所示。
R
i
t
a)电路b)波形
图3-1 电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形
3.2.1.1工作原理及波形分析
假设该电路已工作于稳态，同时由于实际中作为负载的后级电路稳态时消耗的直流平均电流是一定的，所以分析中以电阻R作为负载。
该电路的基本工作过程是，在u
2
正半周过零点至ωt = 0期间，
因
2
u<
d
u，故二极管均不导通，此阶段电容C向R放电，提供负载所需电流，同
时
d
u按指数规律下降。至ωt = 0之后，
2
u将要超过
d
u，使得VD1和VD4开通，
d u 2u d u 2u 2u 2u d u d u 2u 2u 2u d u 2u d u d u d u d u
2U d
U 2
9.0U R
图3-2 电容滤波的单相不可控整流电路输出电压与输出电流关系R d I I =
(3-12) 在一个电源周期中，d i 有两个波头，分别轮流流过VD 1、VD 4和VD 2、VD 3 。反过来说，流过某个二极管的电流VD i 只是两个波头中的一个，故其平均值为
2/2/R d VD I I I == (3-13)
3.2.1.3 主要参数设计
a)二极管参数设计
通常，整流二极管的选取取决于它的电压应力与电流应力。依据输入最高电压时输出最大电流的要求来确定其电压与电流等级，并预留1.5～2倍的电压和2～3倍的电流裕量。
按最大输入电压计算整流桥二极管耐压值，所以2.227%)51(2202.1max =+??=V U d V 。
以下由电路的运行情况来选择二极管电压定额和电流定额，整流二极管上承受的最大反向峰值电压为：7.326%)51(22022+??=I U V ，因此可以选择耐压为400V 以上的二极管。
在单相桥式整流电路中，每个整流二极管只导通半个周期。所以流过整流二极管的电流有效值为0.5A,由于二极管电流定额是根据正弦半波电流平均值来定的，且考虑2倍裕量，则整流二极管的电流定额可选为63.057.1/5.02=?A 。
b)输入滤波电容的参数计算
在许多文献中，对于滤波电容C 的选取，使用经验公式，并认为滤波电容C 越大越好。从为使电压的波形变得更为平滑、脉动更小来讲，滤波电容C 越大越好。但是如果不能合理地选择滤波电容C 的值，滤波电容C 过大会存在以下问题：a)体积大、投资大、性能价格比低；b)在接通电路的瞬间，电路中的冲击电流大，易使元器件损坏；c)电路的过渡过程变长，闲置了整个系统的快速性。为解决以上问题，则应根据负载电阻和输出电流的大小来合理地选择滤波电容C 的值。
当RC 的值选择适当，且整流内阻较小时，整流输出电压约为1.1～1.2输入电压。滤波电容的选择与负载的大小有关，确切地说是由放电回路的时间常数τ来确定的。一般取RC ≥（3～5）T/2 （T 为电源交流电压的周期），由此确定滤波电容的容量为200F μ。滤波电容一般采用电解电容，使用时注意极性不能接反，电容器的耐压应大于它实际工作中所承受的最大电压，通常取（1.5～2）U 1 ，
所以该系统的滤波电容耐压值取为400V 。
3.2.2 直—交部分
3.2.2.1 功率器件的选择
目前，普遍使用的电力开关功率管主要有电流控制型和电压控制型器件。BJT 、SCR 、GTO 为电流控制型，由于它们是两种载流子导电，所以导通压降低，导通损耗小，输入阻抗较低，但他们开关频率不高，控制电流及功率较大，控制电路复杂，主要用在功率较大的场合。电压控制型器件应用较多的有MOSFET 、IGBT 等，其特点是：开关频率较高，输入阻抗高，控制功率小，驱动电路简单，且工作温度跨度大，抗辐射能力强，但是导通压降比电流控制型高，导通损耗较大。在电压控制型器件中，IGBT 具有优良的性能，它集MOSFET 和IGBT 的优点于一身：既有输入阻抗高、速度快、热稳定好和驱动电路简单的优点，又有通态电压低、耐压高的优点，在此特选用IGBT 作为功率管子。
IGBT 通过周期性的导通和关断对电源的输出进行控制，从而得到所期望的电源的外特性和动特性。它是电源的核心器件，其稳定性和安全性对电源的可靠运行至关重要。
在实际选用IGBT 时，要考虑额定电流和额定电压，电流要根据实际电路中最大额定电流等因素。额定电压要考虑电网电压峰值、允许电压波动范围、开关电流引起的电压尖峰等，一般电压取2倍裕量，即M CES V V 2=（V M ，IGBT 上的最
高电压）。除了满足上述的性能指标外，还有两个关键的因素，第一个因素是在关断时，包括任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处在开关安全工作区内（即小于两倍的额定电流I C ）；第二个因素是IGBT 的额定结温必须始终保
在(max)j T （125℃或者150℃）以下。
a)IGBT 的额定电压V DSR 的选择
计算时要考虑到电网电压波动，取波动系数K b 为1.1，安全系数α为1.1，
则直流输入的最大电压为：
=??=αb d K U U 12376.4V
在IGBT 工作过程中关断阶段承受的电压最大，设计时要以关断峰值电压为依据，关断时的峰值电压为：
=?+?=α)15015.1(d p U U 641.15V
其中，1.15为过压系数；150为电感引起的尖峰电压。而IGBT 的额定电压ep U 实际选取中要比U p 大一些。
b)IGBT 的额定电流e I
电源的额定输出电流I on 为1A ，由此可知流过每个IGBT 的平均电流为I=1A 。
IGBT 的额定电流e I 是25℃条件下的额定值：
e I =9694.24.15.12=???I A 。 其中，2为峰值系数；1.5为过载容量系数；1.4为e I 的减小系数。额定电流e I 根据管子电流等级按10A 选取。
3.2.2.2 PWM 控制逆变电路的工作原理
PWM 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
单相全桥式正弦波逆变电路部分如图3-3所示，其中dc V 为单相整流滤波后输出的直流电压，A 、B 两端电压U AB 为逆变后未经滤波的电压，C 、D 两端电压
U C 为LC 滤波后的输出电压，f L 、f C 分别为滤波电感、滤波电容。由于滤波电
感的导线电阻很小，此处可以不予考虑。
设负载为阻感负载，工作时V 1和V 2的通断状态互补，V 3和
V 4的通断状态也互补。
V
图3-3 单相全桥正弦逆变电路 具体的控制规律如下：在输出电压o u 的正半周，让V 1 保持通态，V 2 保持断态，V 3和V 4交替通断。由于负载电流比电压滞后，因此在电压正半周，电流有一
段区间为正，一段区间为负。在负载电流为正的，V 3和V 4导通时，负载电压o u 等于直流电压d U ；V4 关断时，负载电流通过V 1 和VD 3续流，o u =0。在负载电流为
负的区间，仍为V 1 和V 4 导通时，因o i 为负，故o i 实际上从VD 1和VD 4流过，仍有o u =d U ；V 4 关断，V 3 开通后，o i 从V 3 和VD 1 续流，o u =0。这样，o u 总可以得到d U 和零两种电平。同样，在o u 的负半周，让V 2 保持通态，V 1 保持断态，V 3和V 4交替通断，负载电压o u 可以得到-d U 和零两种电平。控制V 3和V 4 通断的方法如图
3-4所示。调制信号r u 为正弦波，载波c u 在r u 的正半周为正极性的三角波，在r u 的负半周为负极性的三角波。在r u 和c u 的交点时刻控制IGBT 的通断。在r u 的正半周，V 1 保持通态，V 2 保持断态，当r u >c u 时使V 4 导通，V 3 关断，o u =d U ；当r u 在r u 的负半周，V 1 保持断态，V 2 保持通态，当r u 2016年TI 杯大学生电子设计竞赛 参赛注意事项 （1）7月25日8:00 竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参 赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。 （2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。 （3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效 证件（如学生证）随时备查。 （4）每队严格限制3 人，开赛后不得中途更换队员。 （5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不 得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。 （6）7月28日20:00 竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。 D 题：单相正弦波变频电源 【本科组】 1.任务 设计并制作一个单相正弦波变频电源，其原理框图如图1所示。变压器输入电压U 1=220V ，变频电源输出交流电压U O 为36V ，额定负载电流I O 为2A ，负载为电阻性负载。 AC-DC DC-AC U 1 变压器U O I O U 2 图1 单相正弦波变频电源原理框图 2.要求 （1）输出频率范围为20Hz~100Hz ，U O =36±0.1V 的单相正弦波交流电；（15分） （2）输出频率f O =50±0.5Hz ，电流I O =2±0.1A 时，使输出电压U O =36±0.1V ；（10分） （3）负载电流I O 在0.2～2A 范围变化时，负载调整率S I ≤0.5%；（15分） （4）负载电流I O =2A ，U 1在198V ～242V 范围变化时，电压调整率S U ≤0.5%；（15分） （5）具有过流保护，动作电流I O(th)=2.5±0.1A ，保护时自动切断输入交流电源；（10分） （6）I O =2A ，U O =36V 时，输出正弦波电压的THD≤2%； （15分） （7）I O =2A ，U O =36V 时，变频电源的效率达到90%；（15分） （8）其他；（5分） （9）设计报告。（20分） 基于DSP的三相SPWM变频电源的设计 变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流-直流-交流-滤波等部分构成，输出电压和电流波形均为纯正的正弦波，且频率 和幅度在一定范围内可调。 本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计，通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资源，实现了SP WM的不规则采样，并采用PID算法使系统产生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、系统扩展能力强等优点。 系统总体介绍 根据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交-直变换，然后在DSP控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。变频系统控制器采用TI公司推出的业界首款浮点数字信号控制器TMS320F28335，它具有150MHz高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均 提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28x TM控制器软件的特点。系统总体框图如图1所示。 图1 系统总体框图 （1）整流滤波模块：对电网输入的交流电进行整流滤波，为变 换器提供波纹较小的直流电压。 （2）三相桥式逆变器模块：把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型IPM功率模块，具有电路简单、可靠性高等特点。 （3）LC滤波模块：滤除干扰和无用信号，使输出信号为标准正 弦波。 （4）控制电路模块：检测输出电压、电流信号后，按照一定的控制算法和控制策略产生SPWM控制信号，去控制IPM开关管的通断从而保持输出电压稳定，同时通过SPI接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完成对输出信号的测频。 变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术 什么叫变频调速技术，它是一种以改变电机频率和改变电压来达到电机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大范围来分，电机有直流电机和交流电机。过去的调速，多数用直流电机，由于直流机调速容易实现。但直流机固有的缺点：滑环和碳刷要经常拆换，给人们带来太大的麻烦。因此有人就想，如果把可靠简单的笼式交流电机用来调速那该多好！因而就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速、液力偶和调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步机、这些都是交流电机。 到20世纪80年代，由于电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，才出现了对交流机来说最好的变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。因而说变频调速是时代的产物，只有在技术高度发展的今天，才能实现。为什么说它是基于电力电子、微电子、信息技术发展的产物？一是它的逆变部分都基于电流很大、电压很高的SCR、GTR、IGBT、GTO、MCT等电力电子器件来完成的。什么叫逆变：就是直流变交流（DC－AC）那么交流变直流就叫整流（AC －DC）。二是它的控制部分和负载状态的检测是由CPU（32位计算机）来完成，这是微电子器件发展的结果。三是内置4－20mA 接口和RS485 接口可以和仪表、DCS 相接，通过总线Profibus、Interbus 通讯。 调速节能原理从二个方面来说明： 1、风机水泵的节电原理就是用调速控制代替挡风板或节流阀控制风流量，这是一个节电的有效途径。在用档风板控制额定风量Q1=100%输出时，则轴功率N1与面积AH1 OQ1成正比，若风量减半Q2 =50%输出时，则轴功率N2与面积BH2 OQ2成正比，它比N1减少不多，这是因为需要克服档风板阻力增大风压所致。如果采用调速控制同样风量减半输出时，转数由n1降至n2，按风机参数比例定律画出n2时的特性曲线，C点为新的工矿点，这时轴功率N2与面积CH3OQ2成正比，在满足同样风量Q2情况下，轴功能降低很多，节省的功率耗损△N与面积BH2H3C成正比，可见节电效果十分显著。 2、流体力学的观点 流量∝转速，压力∝转速^2，轴功率∝转速^3，若转速下降20%，则功率下降到51.2% ；若转速下降50%，则轴功率下降到12.5% ，即使考虑调速装置本身的损耗等因素，节电也是相当可观的。 为此，许多行业、如钢铁、有色、石油、石化、化工、纺织、机械、电力、建材、医药、煤炭、造纸、卷烟、酒店、自来水等行业都在许多设备中采用交流电机变频调速技术，产生节电及增产的效果，下面举几个例子： 实例1、空调类负载 摘要 随着现代工业和科技的发展，电源在工作、生活等方面的作用越来越重要但许多用户的用电设备并非直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。把直流电能转变成交流电能供给负载的DC-AC逆变器，特别是正弦波逆变器，其种类繁多，应用领域广泛，优越性明显。因此，高性能的逆变器成为目前电力电子领域的研究热点之一。 正弦脉宽调制(SPWM)逆变器作为逆变器的一种，可输出谐波含量小的正弦波形。正弦波逆变电源已广泛用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源、计算机电源，UPS 不间断电源、医疗和照明电源、雷达高压电源、音响和视频电源等。随着数字化控制技术的发展，SPWM脉冲波的生成和逆变器的全数字化控制渐趋方便，并可使逆变器的输出波形的稳态精度、暂稳态响应、可靠性等得到进一步提高。 论文设计的单相正弦波逆变电源属于交流电源(AC-DC-AC逆变)。该电源系统的设计包括主电路和控制电路。论文首先介绍了逆变电源的发展现状；阐述了逆变系统的工作原理；对PWM技术和IGBT进行了简单介绍；分析了正弦脉宽调制的原理及其几种主要的调制方式；还研究了逆变电源主电路的参数，包括整流滤波电路，IGBT的选择，输出滤波参数的确定；最后介绍了系统的软件设计实现的具体过程，并给出了系统主程序流程图和中断流程图，程序清单。 关键词：逆变电源；正弦脉宽调制；IGBT Abstract With the development of modern industry, science and technology, power supply becomes more and more important in work and life. But many users' devices can't work with AC directly provided by public electricity, which should be converted by power electronics technique to the forms needed. DC-AC inverters, especially sinusoidal inverters, which convert alternating current to direct current, are various, widely used and excellent. Therefore, High performance inverters have been one of points of power electronics. As one of inverters, Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) inverters can achieve low total harmonic distortion (THD) output wave. Sinusoidal Pulse Width Modulation(SPWM) inverters have been applied in the following aspects widely. They are DC power supply, AC power supply, industry power supply, computer power supply, UPS power supply, power supply of medical treatment and lighting, high voltage power supply of radar, power supply of sound and video frequency and so on. With the development of digital control techniques, the production of SPWM and digital control of inverters become convenient, which makes the output wave's steady-state precision, transient and steady-state response, reliability improved. Single-phase Sinusoidal Pulse Width Modulation Inverter Power Supply in this thesis belongs to AC power supply (AC-DC-AC convert). The power supply system includes the main circuit design and control circuits. The thesis presents the current situation and development trends of the inverters, discusses the inverter system's working principle and mathematic model; gives an outline of PWM technology and IGBT device; analyses the principles of the sine width modulate and major modulate methods; describes the major parameters of the system to identify, including the rectifier filter circuit, IGBT choice, the output filter parameters of. Finally, it introduces specific achieved process of software design in the last chapter, providing the system flow chart of main program and interrupt program, and program list. Key words: Inverter; SPWM;IGBT 感应加热变频电源综述 田志明／胡彩娥时间：2010-02-04 4502次阅读【网友评论1条我要评论】收藏 1、前言 虽然感应加热的原理发现的比较早，但人类真正广泛应用该项技术还是近三十年的事情。现在它的重要性越来越被人们所认识。 早在十九世纪科学家就发现了电磁感应现象：1831年法拉第（Michael Faraday）发现电磁感应规律；1868年福考特（Foucault）提出涡流理论；1840 年焦耳-楞茨确定了电阻发热的关系式，，这些都是感应加热的理论基础。 感应加热装置由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源,变频电源有低频、工频、中频、超音频和高频之分；另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构，称感应炉。早期的感应加热电源有工频固态(50或60Hz)电源、中频有发电机旋转和固态电源、高频电子管电源。第二次世界大战前后的感应加热设备基本上是上述的初级发展水平。 制约感应加热发展的主要是感应加热电源，而电源受制于高频或大功率的开关器件。电力电子功率器件的发展，才真正促进了感应加热电源的发展。1957年美国研制出世界上第一只普通的阻断型可控硅，我们现在称为晶闸管(SCR)，经过60至70年代工艺完善和产品开发，70年代后期已形成从低电压小电流到高压大电流的系列产品，从而使固态感应加热电源产生了革命，走向实用化的阶段。与此同时，世界各国研制了大量的派生器件。如逆导晶闸管(RCT)，门极辅助关断晶闸管(GATT)，光控晶闸管(LTSCR)、及80年代发展的可关断晶闸管（GTO）等。 今天的电力半导体功率器件的发展更是琳琅满目，简单归纳一下有：①、大功率二极管：②、晶闸管（SCR）；③、双向晶闸管；④、门极关断（GTO）晶闸管（最大 8500V ，3500A）；⑤、双极结型晶体管（BTT或BPT）；⑥、电力MOSFET； ⑦、静电感应晶体管（SIT），（最大1000V ，300A，50MHz）；⑧、绝缘双极型晶体管（IGBT）（最大6500V，2500A）；⑨、MOS控制晶闸管（MCT）；⑩、集成门极换向晶闸管（IGCT）。这些器件还正在不断更新和完善中，这些电力半导体器件是现代电力电子设备的核心，更是感应加热电源赖以发展的基础。它为感应加热电源设备带来前所未有的活力和广阔的发展前景。 2、感应加热应用范围和优越性 摘要 该变频电源以ST公司的STM32F103VET6芯片为主控芯片，利用内部PWM模块生成SPWM信号，驱动全桥逆变电路，将直流电压转化为交流电压，其幅值和频率由STM32芯片内部程序控制调节。另外本系统外接彩屏及键盘，可手动设定电源输出电压的有效值及频率，并实时显示输出电压、电流、功率和交流电压的效率。同时该系统具有过流保护功能，可以在输出大于2A电流的情况下切断交流输入，大大增加了系统的安全性和稳定性。 Abstract The variable frequency power to S T’s STM32F103VET6 chip for the master core internal modulation SPWM signal generation to drive full-bridge inverter circuit, the DC voltage into AC voltage, amplitude and frequency of its internal procedures by the STM32 chip control and regulation. External color screen and keyboard of the system, manually set the power output RMS voltage and frequency, and real-time display output voltage, current, power and efficiency of AC voltage. While the system has over-current protection, high current output can be cut case of AC input, improve system security and stability. 1、方案论证与选择 1.1、系统整体方案设计 整个系统以STM32F103VET6芯片为主控芯片，输出两路互补的SPWM信号，通过驱动电路驱动全桥逆变器，得到电压有效值和频率可控的交流电压。输出端通过采样电路对电压极电流进行采样,构成闭环控制。然后通过PID算法调节SPWM信号控制输出电压值大小，实现稳压。 考虑到STM32芯片的性能，SPWM输出采用开环控制。 输入部分由触摸屏实现，手动输入设定值。显示部分采用彩屏输出交流电的有效电压值、电流值、频率及效率。 过流保护通过接入继电器实现，当电流大于2A的时候控制继电器切断交流电输入。 1.2、方案选择 1.2.1功率开关管选择 本设计要求能够输出电压有效值为20V，最大电流2A的交流电，采用MOSFET无疑是开关器件的最佳选择。IRF520的最大漏源极电压为100v，导通电流为———，符合设计要求。 1.2.2 MOS管驱动电路设计 重庆文理学院 成人高等教育 毕业论文论文题目：三相正弦波变频电源的设计 论文作者：余廷江 指导教师：柯能伟 专业班级：07电本 学号：3114450078 提交论文日期：2009年09月15日论文答辩日期：2009年10月26日 中国 重庆 2009 年9 月 学院毕业设计目录 目录 摘要...................................................................................................... III Abstract ............................................................................................... IV 1 引言 (1) 1.1 选题的提出 (1) 1．2变频技术的介绍 (1) 1.3研究意义 (1) 1.4设计的对象 (3) 2 系统总体设计方案 (3) 3 系统主要功能的实现 (4) 3.1系统主要功能的实现 (4) 3.2 PWM 信号的产生方式 (5) 3.3 SPWM 调制方式的选择 (6) 3.4FPGA控制模块 (7) 4 理论分析与参数计算 (7) 4.1 SPWM 逆变电源的谐波分析 (7) 4.2 载波频率的选择 (7) 4.3 FPGA 内单相平均功率计算算法 (8) 5. 应用程序设计部分 (9) 5.1 VHDL硬件描述语言简介 (9) 5.2 正弦波顶层设计程序 (9) 6结论 (10) 6.1取得的成绩 (10) 6.2存在的不足和今后的努力方向 (10) 参考文献 (1) 220V50HZ输入120V，208V，60HZ输出单相变频电源 指导老师：欧阳华斯电源 答辩人： 变频电源工作原理图 220V50HZ输入120V，208V，60HZ输出单相变频电源 单进单出变频电源技术参数（OYHS-9800）系列 型号（OYHS） OYHS-98 005OYHS-9 801 OYHS-9 802 OYHS-9 803 OYHS-9 805 OYHS-9 810 OYHS-9 815 OYHS-9 820 OYHS-98 30 输出容量（KVA） 0.5KVA1KVA2KVA3KVA5KVA10KVA15KVA20KVA30KVA 电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式 交流输入 相数单相 波形SINEWAWE 电压220V±15% 频率波动范围50HZ or60HZ±10% 功率因数﹥0.9 交流输出 相数单相 波形SINE WAVE 电压120V，208V，0-300V连续可调 频率60HZ，50HZ，40-499.9HZ连续可调 频率稳定率≤0.01% 低档最大电流（0-150V）（A） 4.2A8.4A16.8A25A41.6A83.3A125A166.7A250A 高档最大电流（150-300V）（A） 2.1A 4.2A8.4A12.5A20.8A41.7A62.5A8 3.3A125A 整机性能 电源稳压率﹤1% 负载稳压率﹤1% 波形失真度﹤2% 效率﹥90% 反应时间≤2ms 波峰因子3：1 保护装置具有过压，过流，超载，输入欠压，过高温，短路等多 重保护 显示 显示介面数位式LED显示 电压4位数，数位电压表，解析度0.1V 电流4位数，数位电流表，解析度0.1A 功率4位数，数位瓦特表 频率4位数，数位频率表 环境及其它 冷却装置高速变频风扇冷却，强制冷风 工作温度-10℃to50℃ 相对湿度0～90%（非凝结状态） 海拔高度≤1500m 重量（KG） 2123456070150180230350 尺寸(H*D*W）mm 180*500*430600*530* 350790*650*350850*650* 500 1100*750 *550 注：1以上尺寸不含脚输高度 2可根据顾客要求规格特别定制 3本公司产品规格不断研发改进,规格若有变更,恕不另行通知 三相正弦波变频电源设计 1设计任务分析 设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出频率范围为20-100Hz，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载（Y型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。 图1-1 三相正弦波变频电源原理框图 2 三相正弦波变频电源系统设计方案选择 2.1 整流滤波电路方案选择 方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°；当控制角大于30°时，输出电压，电流的波形是断续的。 方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。 三相桥式整流电路在任何时候都有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。 比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的 利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用负载电阻两端并联电容器C的方式。 2.2 逆变电路方案选择 根据题目要求，选用三相桥式逆变电路 方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电流是幅值等于输入电流的方波电流。 方案二：采用电压型三相桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。 比较以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，加，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性要求不高的场合。根据题目要求，选择方案二。 2.3 SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择 在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。 方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120°的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。 方案二：采用AD9851DDS集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。由该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。 方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是可通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输出信号。 单相正弦波变频电源 摘要：本设计是通过模拟和数字的方法来产生SPWM信号。采用89C51单片机产生正弦波基波，采用NE555芯片产生高度线性等腰三角波载波。基波和载波通过高速电压比较器LM311比较产生与之对应的SPWM驱动信号。SPWM驱动信号经整形电路、死区电路、驱动功放隔离电路完成对全桥场效应管的开通和关断,从而完成将直流电压逆变成所需频率的正弦交流电。而调压电路采用前级DC-DC独立调压来实现，实现直流稳压。改变单片机正弦波输出频率来实现逆变输出SPWM 交流调频的功能。采用芯片AD637对输出电压、电流进行真有效值变换，经A/DTLC549变换后送单片机处理，实时对逆变输出进行监控，保证输出电压的稳定性。输出电压波形为正弦波，输出频率可变，能够测量和显示电源输出电压、电流、具有过流保护、过压保护电路、空载报警电路等。同时基于UC3845多路隔离反击式开关电源为系统供电。 在研究和设计的基础上制作了样机，完成了大部分的调试工作，达到了预期的目的。 关键词：升压；场效应管；检测电路；逆变 Abstract:The SPWM signal is produced by the way of analog and digita in the design.The fundamental wave is produced by 89C51 chip,and the sine t riangle carrier wave is produced by NE555 chip.SPWM drive signal is generated by the high-speed voltage comparator LM311. The turn-on and turn-off of mosfet are controlled by SPWM drive signal from the shaping circuit, the dead zone circuit, the power am plifier circuit to bring out the required frequency of the sinusoidal alternating current in DC/AC convertion.The voltage regulating circuit uses DC-DC independent voltage regulating to realize, Change the frequence of the sine wave that is the output of the MCU will realize the function of inverse output SPWM AC frequency modulation .Use AD637 to complete voltage and current true effective value transform and then send the result to A/DTLC549. Through AD exchange the output will be send to the MCU to be processed,according to the result to monitor the inverse output and to ensure the stability of the output voltage. The waveform of the output voltage is sine-wave,its frequence can be changed.The voltage and current of the Power source can be e over-current and over-voltage protection circuit, an o-load alarm circuit and smeasured and the result can be displayed on the LCD.The power source include tho on. At the same time use multi-channel isolate Counter type switch power as system power supply. On the basis of research and design,a prototype of principle is produced.the most of debugging of the whole system is completed. Keyword:boost；mosfet；detection circuit；inverter 变频电源分类及主要作用 Wocen-BP系列变频电源是我公司采用国际先进的SPWM（正弦脉宽调制）技术研制而成，产品型号丰富，常规产品有BP8、BP9、BP7三大系列60余种型号，并可支持功率在单相600KVA、三相6000KVA以内的任意产品定制。具有负载适应性强、输出波形品质好、操作简便、体积小、重量轻等特点，具有短路、过流、过载、过热等保护功能。 产品广泛应用于家电、电机、电动工具、开关电源、变压器、电压/电流互感器、认证检测机构、高校科研院所实验室等行业。 ★家电业制造商如：空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源。 ★电机、电子业制造商如：交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC风扇、不断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源。★IT产业及电脑设备制造商如：传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、伺服器、显示器等产品的测试电源。 ★实验室及测试单位如：交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC（FQC）测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源。 ★航空/军事单位如：航空、航天、军事、通信、船舶、仪器仪表及实验研究中的飞机及机载设备、雷达、导航设备、军用电子设备、军用测试设备以及机场的地面设施、通信、通讯设备，及其它需要的400HZ中频电力的场合，是机组式中频电源的换代产品！ ★铁路、高速公路：25Hz、静频信号电源。 产品的作用 （1）、由于世界各国电网指标不统一，出口电器厂商需要电源模拟不同国家的电网状况，为工程师在设计开发、生产线测试及品保的产品检测、寿命、过高压/低压模拟测试等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真、高稳定的频率和稳压率的正弦波电力输出； （2）、进口原装电器、设备的用户也需要对我国电网进行变压、变频以保证进口电器、设备的正常运转； （3）、满足航空电子及军事设备高频的需求。 沃森变频电源产品特点-BP9系列 为旋钮式操作，输出电压、输出频率通过操作面板上的旋钮调节。特点：输出电压和频率调节方便、精细，连续可调。 精密十圈电位器快速设定电压、频率，调节方便、精细，连续可调无跳 跃； 纯硬件控制电路，无需CPU，从根本上避免因CPU故障导致的电源宕机； 一键切换电压档位，方便快捷，可适用于多种作业条件，方便用户根据 实际要求进行灵活选择； 超高精度负载稳压率； 超高精度频率稳定率； 动态响应速度快，输出响应时间小于2ms； 110V60HZ输入110V50HZ输出单相相变频电源 指导老师：欧阳华斯电源 答辩人： 变频电源工作原理图 110V60HZ输入110V50HZ输出单相相变频电源 单进单出变频电源技术参数（OYHS-9800）系列 型号（OYHS） OYHS-98 005OYHS-9 801 OYHS-9 802 OYHS-9 803 OYHS-9 805 OYHS-9 810 OYHS-9 815 OYHS-9 820 OYHS-98 30 输出容量（KVA） 0.5KVA1KVA2KVA3KVA5KVA10KVA15KVA20KVA30KVA 电路方式IGBT/SPWM脉宽调制方式 交流输入 相数单相 波形SINEWAWE 电压110V±15% 频率波动范围50HZ or60HZ±10% 功率因数﹥0.9 交流输出 相数单相 波形SINE WAVE 电压110V，0-300V连续可调 频率60HZ，50HZ，40-499.9HZ连续可调 频率稳定率≤0.01% 低档最大电流（0-150V）（A） 4.2A8.4A16.8A25A41.6A83.3A125A166.7A250A 高档最大电流（150-300V）（A） 2.1A 4.2A8.4A12.5A20.8A41.7A62.5A8 3.3A125A 整机性能 电源稳压率﹤1% 负载稳压率﹤1% 波形失真度﹤2% 效率﹥90% 反应时间≤2ms 波峰因子3：1 保护装置具有过压，过流，超载，输入欠压，过高温，短路等多 重保护 显示 显示介面数位式LED显示 电压4位数，数位电压表，解析度0.1V 电流4位数，数位电流表，解析度0.1A 功率4位数，数位瓦特表 频率4位数，数位频率表 环境及其它 冷却装置高速变频风扇冷却，强制冷风 工作温度-10℃to50℃ 相对湿度0～90%（非凝结状态） 海拔高度≤1500m 重量（KG） 2123456070150180230350 尺寸(H*D*W）mm 180*500*430600*530* 350790*650*350850*650* 500 1100*750 *550 注：1以上尺寸不含脚输高度 2可根据顾客要求规格特别定制 3本公司产品规格不断研发改进,规格若有变更,恕不另行通知 毕业设计(论文) 题目三相正弦波变频电源仿真设计专业电气工程及其自动化 二〇〇九年六月二十日 目录 第一章变频器概述 1.1.变频电源的原理 (3) 1.2.变频电源的特点及应用 (3) 1.3.MATLAB简介及仿真技术 (4) 1.4.MATLAB仿真技术在电力电子中的应用 (6) 1.5.本论文完成内容 (8) 第二章变频器硬件设计 2.1整流单元及供电电源 (9) 2.2逆变输出装置及其驱动电路 (10) 2.3滤波输出及过压过流缺相检测与保护 (14) 2.4变频电源的控制 (17) 第三章变频器软件设计 3.1控制模块设计 (21) 第四章变频器的MATLAB仿真 4.1MATLAB在电力电子中的应用 (25) 1电力系统工具箱 (25) 2 MATLAB在变频器中应用及仿真框图 (27) 第五章结语 (34) 摘要:本文采用MATLAB对变频电源进行系统分析。基于Simulink做了系统仿真，并做了原理性的论证。硬件部分采用IT公司的低功耗单片机MSP430F149作为主控器件，IR2130驱动3相功率管。控制方式采用传统的SPWM，用SPWM专用集成芯片SM2001产生SPWM信号以控制IR2130的通断。系统采用PI反馈控制使硬件系统具良好的稳压功能。另外本文在硬件设计中对变频电源的过流，过压，缺相等保护功能进行了阐述。 第一章变频器概述 由于我国市电频率固定为50 Hz，因而对于一些要求频率大于或小于50 Hz的应用场合，则必须设计一个能改变频率的变频电源系统。目前最常用的是三相正弦波变频电源。该电源系统主要由整流、逆变、控制回路3部分组成。其中，整流部分用以实现AC／DC的转换；逆变部分用以实现DC／AC的转换；而控制回路用以调节电源系统输出信号的频率和幅值。 1-1 变频电源的原理 经过AC→DC→AC变换的逆变电源称为变频电源，它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。变频电源的主要功用是将现有交流电网电源变换成所需频率的稳定的纯净的正弦波电源。理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）。变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。变频电源主要有二大种类：线性放大型和PWM开关型HY系列程控变频电源，以微处理器为核心，以多脉宽调制(MPWM)方式制作,用主动元件IGBT模块设计，采用数字分频、D/A转换、瞬时值反馈、正弦脉宽调制等技术, 使单机容量可达100kV A, 以隔离变压器输出来增加整机稳定性, 具有负载适应性强、输出波形品质好、操作简便、体积小、重量轻等特点，具有短路、过流、过载、过热等保护功能，以保证电源可靠运行。 现在使用的变频电源主要采用交一直一交方式,先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源.变频电源的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成.整流部分为单相或三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率.变频电源的主电路大体上可分为两类，分别为电压型和电流型。电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器,直流回路的滤波器件是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器,其直流回路滤波器件是电感。 1-2 变频电源的特点及应用 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 交流变频电源调速技术在工业发达国已得到广泛应用。美国有60% - 2016年TI 杯大学生电子设计竞赛 D 题：单相正弦波变频电源 1． 任务 设计并制作一个单相正弦波变频电源，其原理框图如图1所示。变压器输入电压U 1=220V ，变频电源输出交流电压U O 为36V ，额定负载电流I O 为2A ，负载为电阻性负载。 AC-DC DC-AC U 1 变压器U O I O U 2 图1 单相正弦波变频电源原理框图 2． 要求 （1） 输出频率范围为20Hz~100Hz ，U O =36±0.1V 的单相正弦波交流电。 （15分） （2） 输出频率f O =50±0.5Hz ，电流I O =2±0.1A 时，使输出电压U O =36±0.1V 。 （10分） （3） 负载电流I O 在0.2～2A 范围变化时，负载调整率S I ≤0.5%。 （15分） （4） 负载电流I O =2A ，U 1在198V ～242V 范围变化时，电压调整率S U ≤0.5%。 （15分） （5） 具有过流保护，动作电流I O(th)=2.5A （允许电流误差4%），保护时自动 切断输入交流电源。 （10分） （6） I O =2A ，U O =36V 时，输出正弦波电压的THD≤2%。 （15分） （7） I O =2A ，U O =36V 时，变频电源的效率达到90%。 （15分） （8） 其他。 （5分） （9） 设计报告 （20分） 项 目 主要内容 满分 方案论证 设计与论证，方案描述 3 理论分析与计算 电路结构设计，器件选择，仿真分析 5 电路与程序设计 电路图及有关设计文件 5 测试方案与测试结果 测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析 5 设计报告结构及规范性 摘要，正文结构规范，图表的完整与准确性 2 总 分 20 三相正弦波变频电源报告 摘要：本系统基于面积等效原理和奈奎斯特定理，采用AC-DC变换的方法，实现了市电到直流电压的转换；采用SPWM逆变器实现本地DC-AC的转换，采用DDS 产生频率可变的SPWM脉冲，实现了本地交流电源的变频；采用MAX197采样、反馈，实现了对本地交流电源有效值的控制以及缺相和过流保护。 关键字：变频电源；三相正弦波；逆变；正弦脉宽调制 Abstract: 三相正弦波变频电源报告 一.方案的选择与论证 1.题目要求及相关指标分析 本题目要求制作以三相正弦波变频电源，输出线电压有效值36V ，输出频率20-100HZ ，各相电压的有效值小于0.5V ，输出负载电流0.5A-3A 时，输出线电压有效值保持在36V ，误差小于5%。基于上述要求本设计采用AC-DC-AC 变换的方法，采用SPWM 控制逆变器实现变频。由于逆变器的开关以及感性、容性负载等对逆变器输出交流信号的延迟较严重，为了及时稳定变频电源的幅度，本设计采用多片A/D 同时采样输出交流信号。 2.方案的比较与选择 1) 正弦波脉宽调制实现方案的选择 (1) 自然采样法 图1 自然采样法 按照SPWM 控制的基本原理，在三角波和正弦波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断，这种生成SPWM 波形的方法称为自然采样法，采用硬件实现时的方框图如图1所示。 图1中三角波发生器负责产生符合要求的SPWM 载波信号（三角波），正弦波发生器产生用户需要频率的正弦波信号，电压比较器在三角波和正弦波的自然交点的时刻实现翻转，控制功率开关器件的通断。 自然采样法生成的SPWM 波形很接近正弦波，若采用软件实现自然采样时需要解超越方程，需要花费大量的时间，难以实现实时控制；若采用硬件实现，为了控制逆变器功率器件的死区，需要很复杂的硬件来延时。 (2) 规则采样法 如图 2 所示取三角波两个正峰值之间的时间间隔为一个采样周期c T ，在三角波的负峰值时刻D t 对正弦信号波采样而得到D 点，过D 点作一水平直线和三角波分别交于A 、B 两点，在A 点时刻和B 点时刻控制功率开关器件的通断。可见A 、B 两点间的时间间隔就是脉冲宽度，则规则采样法得到的脉冲宽度为 ()1sin 2 c r d T a t δω=+ a 为调制度，即为三角波和正弦波的峰值之比，且 01a ≤<。r ω表示正弦信号的角频率。D题-单相正弦波变频电源
基于DSP的三相SPWM变频电源的设计
变频调速器的节能节电技术原理及其应用技术
单相正弦波变频电源设计
感应电源
单相正弦波变频电源
三相正弦波变频电源的设计
220V50HZ输入120V,208V,60HZ输出单相变频电源
三相正弦波变频电源课程设计
单相正弦波变频电源自动化毕业设计(论文)
变频电源分类及作用
110V60HZ输入110V50HZ输出单相变频电源
课程设计----基于MATLAN的三相正弦波变频电源的仿真设计
2016年TI杯大学生电子设计竞赛题D-单相正弦波变频电源V3
三相变频电源
相关主题
文本预览