基于AVR单片机的逆变电源系统
设计方案
201组叶晓辉李欣陈东
针对现代电源变频调幅的要求,提出了利用对称规则采样原理产生SPWM 信号,选用ATmega16 单片机,设置其16 位计时器为相位修正PWM 模式产生SPWM 信号,结合查表及在线计算方法,实现变频调幅. 同时利用其内部集成的AD 模块对逆变桥输出进行采样并进行均值滤波处理,实现对系统的PI 闭环控制. 采用IR2110 作为驱动桥,并通过全桥逆变电路及LC 无源滤波实现正弦波的输出. 系统加入过温过流监测模块,并有人机交互界面（键盘和显示）.
一、SPWM 对称规则采样法
对称规则采样法是从自然采样法演变而来的,它由经过采样的正弦波(实际上是阶梯波) 与三角波相交,由交点得出脉冲宽度. 这种方法只在三角波的顶点或底点位置对正弦波采样而形成阶梯波. 对称规则采样法原理图如图1 所示.
图1 对称规则采样法原理图
若以单位量1 代表三角载波的幅值UC ,则正弦调制波的幅值UR 就是调制比M. 图中的三角波和正弦波都是经过向上平移单位量 1 得到的,与过横坐标轴得到的结果一致. 利用底点采样,根据相似三角形原理,可得关系式
其中：
M 是调制比,0 ≤M ≤1 ;
ω为正弦信号波角频率;
tD 为在三角波的负峰对正弦信号波的采样时刻;
δ是开通时刻脉冲宽度;
Tc 为三角波载波周期.
因此可得开通时刻的脉冲宽度:
其中N 为载波比,2π/ N 三角波周期T C 所对应的弧度, K 为一个周期内采样计数值. 由以上分析得比较单元1 的比较寄存器的值为
式中Tt 为通用定时器1 的时钟周期.
二、系统硬件设计
本系统采用ATMEL 公司的ATmega16 单片机作为数字控制系统的核心,利用ATmega16 产生SPWM 信号并进行电压采样处理.
逆变电源系统主电路采用单相全桥逆变电路,由4 个IGBT 作为功率管组成全桥逆变电路，该电路具有控制方便，功率管利用率高;控制方式采用全数字的控制方式. 系统结构框图如图2所示.
图2 系统结构框图
本设计电路为单相全桥逆变电路,如图3所示,主电路是典型的AC-DC-AC 逆变电路.
20V交流电后面接全波整流电路，（桥堆整流，电容滤波）整成直流滤波后约有27VDC 左右，然后接一个LM317，用适当电阻调压就可以得到平滑的12V直流电.然后再由逆变电路将其转变为频率可调的20V交流电压！
图3.0 整流滤波电路图
图3 单项全桥逆变电路
由单片机对LC 滤波后电压经过整流滤波后进行AD 采样,采样所得的数据输入到ATmega16 单片机,由A Tmega16 芯片对数据进行处理,并输出相应的SPWM 信号给驱动电路,控制逆变器的输出. 对系统工作温度,电流进行监测,保护控制系统电路,设有键盘、控制频率及幅值,同时显示模块,用于显示系统工作状态.
此系统的控制核心电路是ATmega16 单片机电路,主要完成以下 2 个方面的工作:1) 输出SPWM 控制信号到驱动电路,控制逆变桥的通断. IR2110 采用高度集成的电平转换技术，大大简化了逻辑电路对功率器件的控制要求，同时提高了驱动电路的可靠性。;2) 对输出电压进行AD 采样.
1）SPWM驱动电路图如下：
栅极电平箱位电路
图3.1 IR2110驱动电路
2）AD采样电路图如下：
图3.2 电压信号采样和过压保护电路
ATmegal6单片机内集成了8通道10位的A／D转换器，故采样得到的电压信号经过前置电路处理后直接送入单片机中进行A／D转换。设计如上：反馈电压的采样见图3.2，为使采样系统与高压电路隔离，先用分压比为100：1高精度温度敏感系数低的高压电阻分压器取样0～500 V的电压输出，再经霍尔电压传感器转换为0～5 V的输出。为防止反馈电压对A／D转换器件的冲击，输出电压经过LM741同相跟随器(作缓冲用)后，一路经电容去耦接到单片机的A／D转换ADO口；另一路输出电压通过电压比较器LM311，与设定的电压(电压值由稳压二极管决定)进行比较，一旦输出电压高于设定电压，LM311输出便翻转为高电平，接到IR2113的SD端关断IR2113的输出，同时单片机内部通过软件关闭PWM输出，实现系统的两级过压保护。
电流-电压变换电路
经典电路。输入电流在R1上产生Uin，由运放作为电压跟随器输出，视输入电流及输出电压确定R1，注意精度及温度系数。切记调整运放的失调电压。
将数据输入单片机进行处理,调节输出,实现闭环控制. 由于系统不仅输出SPWM 波,还包含了低次以及高次谐波,为了最终输入标准正弦波就必须设置滤波电路,本设计采用了LC 滤波电路,如图4 所示,称为固定K型低通滤波器.
图4 LC 滤波电路
其截止角频率为:
R 为公称阻抗,设截止频率为f c ,则有:
三、系统软件设计
软件设计的关键部分之一是控制电路中SPWM信号的产生,本程序采用了以三角波作为载波、正弦波作调制波的对称规则采样法,得到一系列幅值相等但宽度不等的矩形波. 矩形波的占空比使用在线计算的方法.
设N 为载波调制波比, 即有N = f C/ f R . 其中f C为载波频率, f R 为调制波频率. 本系统利用ATmega16 的T/ C1 产生SPWM 信号,所以载波频率可由下面的公式计算:
其中,变量N 代表分频因子(1 、8 、64 、256 或1024) ,f clk_ I/ O是MCU 时钟.
设M 为调制深度, 即有M = UR / UC , 其中UC 为载波幅值,UR 为调制波幅值. M 一般取值范围为0～1. 改变调制波的幅值,就能使输出的基波电压幅值发生变化.
由规则采样法的原理,假设一个周期内有N 个矩形波,则第i 个矩形波的占空比Di 为
通过设置ATmega16 的T/ C1 ,利用上述公式计算出占空比,并与T/ C1 的TOP 值相乘,并形成一个正弦表,然后将数据送到比较寄存器OCR1B 中,配置单片机I/ O 口寄存器,在PD4 口输出SPWM 信号. 整个SPWM 产生程序流程图及实时反馈图如图5,6.
常用的正弦调制法分为同步和异步调制法. 异步调制法的输出波形对称性差,脉冲相位和个数不固定;同步调制法在调制波的频率很低时,容易产生不易滤掉的谐波,而当调制波频率过高时,开关元件又难以承受. 为得到特性较好的正弦波,软件设计时采用了分段同步调制法,吸收上述两种方法的优点,且很好地克服各自的缺点. 其具体操作为:把调制波频率分为几个频段,在各个频段内保持载波比恒定,而不同频段的载波比不相同,通过配置单片机内部的载波频率实现输出基波频率的变化,即改变T/ C1 的TOP 值,即可实现调频功能. 选取的原则为:输出频率高的频段采用低载波比,输出频率低的频段采用高载波比. 同时,为了得到严格对称的双极性SPWM 信号,载波比选取为3 的倍数. 本系统中将频段分成五段,具体见表1.软件设计的关键部分之二是输出电压的实时反馈,由于电网的波动或是负载的变化,可能导致输出电压的不稳定,因此在系统中加入PID 增量数字闭环控制,以保证输出电压的动态稳定特性.
根据单片机编程需要,将上式做出如下改变:
其中Kp = 1/δ是比例系数, KI = Kp T/ TI 是积分系数, KD = Kp T D / T 是微分系数,结合PID 闭环控制与单片机中的AD 转换功能模块,可以很好地修正各开关周期的脉宽,达到动态稳定的目的.SPWM 产生程序及输出电压的实时反馈程序流程图如图5 ,6 所示.
有关教学设计方案模板集合六篇 为了确保工作或事情能高效地开展，我们需要事先制定方案，一份好的方案一定会注重受众的参与性及互动性。那么你有了解过方案吗？下面是小编帮大家整理的教学设计方案6篇，仅供参考，大家一起来看看吧。 教学设计方案篇1 教材简说 吃不着葡萄说葡萄酸，这是狐狸闹的笑话。 狐狸用这种精神胜利法得到心理安慰，却迷惑了小松鼠和小兔。如果不是小猴子敢于亲自尝尝，他们都将错过这一顿美餐。 是啊，没有尝过，怎么能断定葡萄是酸的呢？我们平时做事要亲自去体验，去尝试，不能光听别人的话。 本课是一个生动有趣的童话故事，是以连环画的形式编排的。教学时，可以借助连续的插图，阅读课文，感知生字，了解故事的主要内容。仔细观察每幅图中几个动物的神态、动作，想象他们的语言，猜猜他们的心理，并练习有感情的朗读。最后，借助图画复述课文，或以讲解员的身份讲故事，或小组表演童话剧，在情境和活动中理解课文内容。 学习目标 认识9个生字。会写8个字。 正确、流利、有感情地朗读课文，分角色表演课文。 懂得做事要亲自尝试的道理。 教具准备 运用多媒体和生字卡片。 教学过程 导入新课 同学们喜欢小动物吗？为什么？（鼓励学生说，进行发教思维训练。）老师给你们讲一个关于小动物的故事：（第一自然段）那后来怎样了呢？这葡萄是酸的还是甜的呢？
这就是我们今天要学的童话故事。 板书课题《酸的和甜的》，齐读课题 图文结合，感知内容，认读生字 播放课件欣赏故事。 自由读课文，读后说说你知道了什么？ 借助插图读文，认读生字，教师随机出示图中相应的生字词。 指名试读，会读哪个就读哪个。 说说你是怎样认识这些字词的。 （通过观察、读文使学生懂得在具体的语言环境中识字。） 朗读感悟，深入体会 看配有音乐的动画。听老师示范朗读。谈谈自己的感受。 先自由读，借助插图，逐段读文。 再小组合作读，观察图画中的小动物的神态，动作、想象他们的语言，猜测他们的心理。练习有感情朗读。 （通过观察使学生了解每个动物的特点，并且针对特点，选择适当的语气来读，以达到有感情朗读的目的。） 各小组选送代表比赛读，喜欢读哪段就读哪段。看谁读得最好，师生共同评议。 重点品读以下句子。 课件出示：小猴子爬上葡萄架。 小猴子迫不及待地爬上葡萄架。 小猴子吃起葡萄来。 小猴子大口大口地吃起葡萄来。 自读。 小组读。
湖南文理学院 课程设计报告 三相PWM逆变器的设计 课程名称：专业综合课程设计 专业班级：自动化10102班
摘要 本次课程设计题目要求为三相PWM逆变器的设计。设计过程从原理分析、元器件的选取，到方案的确定以及Matlab仿真等，巩固了理论知识，基本达到设计要求。 本文将按照设计思路对过程进行剖析，并进行相应的原理讲解，包括逆变电路的理论基础以及Matlab仿真软件的简介、运用等，此外，还会清晰的介绍各个环节的设计，比如触发电路、控制电路、主电路等，其中部分电路的绘制采用Proteus软件，最后结合Matlab Simulink仿真，建立了三相全控桥式电压源型逆变电路的仿真模型，进而通过软件得到较为理想的实验结果。 关键词：三相PWM 逆变电路Matlab 仿真
Abstract The curriculum design subject requirements for the design of the three-phase PWM inverter. Design process from the principle of analysis, selection of components, to scheme and the Mat-lab simulation, etc., to consolidate the theoretical knowledge, basic meet the design requirements. This article will be carried out in accordance with the design of process analysis, and the corresponding principles, including the theoretical foundation of the inverter circuit and introduction, using Matlab simulation software, etc., in addition, will also clearly introduces the design of every link, such as trigger circuit, control circuit, main circuit, etc., some of the drawing of the circuit using Proteus software, finally combined with Matlab Simulink, established a three-phase fully-controlled bridge voltage source type inverter circuit simulation model, and then through the software to get the ideal results. Keywords: Matlab simulation, three-phase ,PWM, inverter circuit
教学设计方案模板 教学设计方案 课题名称：信息技术课堂教学中画图软件的应用《复制与变换》 姓名：工作单位： 学科年级：信息技术三年级教材版本：小学信息技术第2版 一、教学内容分析（简要说明课题来源、学习内容、知识结构图以及学习内容的重要性） 本课选自浙江摄影出版社三年级上册第9课的教学内容安排在画图部分主要工具内容学习完之后，应该属于技巧运用的一部分，主要学习图形的选择、复制，粘贴、移动、旋转变化及删除的方法，掌握对相同图形进行复制粘贴的技巧，以简化作图的过程。这样能更好地激发学生的学习兴趣、以提高教学的效率。 二、教学目标（从学段课程标准中找到要求，并具体化为本节课的具体要求，明晰（学生懂）、具体、可 操作、可以依据板鞋练习测试题）重点及难点（说明本课题的重难点） 1.（1）加深对画画的操作；（2）巩固对图形的选择操作；（3）掌握图形的复制及粘贴；（4）学会对图形进行清除及变化操作。 2.通过尝试操作，掌握复制、粘贴图形以及翻转、旋转图形、对图形的清除的方法，培养学生的自学能力和发现问题解决问题的能力。 3.培养学生独立思考的能力和动手能力，培养学生的创新意识，激发学生学习信息技术的兴趣，促进其个性发展；培养学生发现美、创造美的能力。 三、学习者特征分析（学生对预备知识的掌握了解情况，学生在新课的学习方法的掌握情况，如何设计 预习） 考虑三年级小朋友可能对画画还不太熟悉尽量选择简单图形给予参考，前面已经基本学习了填充颜色，工具的使用及图形的选择等操作，本节课加深对画图的练习。 四、教学过程（设计本课的学习环节，明确各环节的子目标，画出流程图）
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三相无源逆变器的构建及其MATLAB仿真1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)……………. 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路
日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。 4MATLAB仿真 Matlab软件作为教学、科研和工程设计的重要方针工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电器自动化领域的诸多问题。利用其中的Simulink模块可以完成对三相无源电压型SPWM逆变器的仿真，并通过仿真获取逆变器的一些特性图等数据。 图 2 系统Simulink 仿真 所示为一套利用三相逆变器进行供电的系统的Matlab仿真。系统由一个380v的直流电源供电，经过三相整流桥整流为三相交流电,并进行SPWM正弦脉宽调制。输出经过一个三相变压器隔离后通入一个三相的RLC负载模块（Three phase parallel RLC）。加入了两个电压测量单元voltage measurement和voltage measurement1，并将结果输出到示波器模块Scope1.
教学设计模板及案例
教学设计模板（参考）
信息技术课程教学设计案例 《计算机硬件组成》教学设计 一、前端分析 （一）教材内容分析 这节课是高中信息技术教材第一册基础知识中的一节，在教材中这一节叫“微型计算机系统”。是对整个计算机硬件系统和软件系统的介绍，它是针对高中学生的知识接受能力，对计算机的本质进行介绍，使学生充分了解计算机的组成和简单的工作原理，以便在学习后续知识时对知识的理解更为深刻。本节课是其中的硬件系统这一部分，主要介绍计算机由哪些硬件组成，及其各部件的功能。 （二）学习者特征分析 本节课授课对象是高一年级学生，在这之前学生已经对计算机了有一定的了解，他们认识鼠标、键盘等硬件设备，还掌握了常用的应用软件操作。但学生对计算机的系统组成、计算机内部结构认识不是很清晰，经过本课学习之后，对学生进一步了解计算机主机的外观及内部组成，及了解存储设备和输入、输出设备有很大帮助。这个年龄段的学生对电脑有着很强的好奇心，并且对学习电脑有很大的兴趣。学生的计算机水平有差距，水平高的学生和一般学生的认知能力、思维能力的不同会对教学效果有影响，所以学生通过交流互相学习。教学实施规划 二、教学目标设计 （一）知识与技能： 1．在观察实物及动手实践的基础上使学生对计算机硬件系统有直观的认识，了解计算机的硬
件组成，并简单的了解其功能。 2．培养学生自主学习、自主探索、合作学习、观察、以及总结归纳的能力。 3. 培养学生的动手实践能力，实现概念和实物的对接。 （二）过程与方法： 通过课件演示、学生交流、师生交流、人机交流等形式，培养学生利用信息技术和概括表达的能力。 （三）情感与价值观： 1．让学生在自主解决问题的过程中培养成就感，为今后学会自主学习打下良好的基础。2．通过小组协作活动，培养学生合作学习的意识、竞争参与意识和研究探索的精神，从而调动学生的积极性，激发学生对计算机硬件的兴趣。 三、教学内容设计 教学重点：计算机的硬件系统由几大部分组成，分别包括哪些硬件，基本功能是什么？ 确定依据：根据高中生现有的接受能力以及应考要求，当给出硬件实物或图片时学生能指出名称和它们的基本作用。 教学难点：存储设备和运算设备都包括那些硬件以及它们的功能。 确定依据：这两大部件包括的硬件较多，又是计算机的核心部件，但由于这些部件大多集中于主机箱内部，学生平时很难见到学生主机箱内部部件，所以不太容易掌握，故为本节的难点。 四、教学策略分析 （一）教学方法 1. 任务驱动法 让学生在具体任务的驱动下进行学习，在完成任务的过程中掌握应掌握的知识点。本节课的教
基于电压空间矢量控制的三相逆变器的研究 1、SVPWM逆变电路的基本原理及控制算法 图1.1中所示的三相逆变器有6个开关，其中每个桥臂上的开关工作在互补状态，三相桥臂的上下开关模式得到八个电压矢量，包括6个非零矢量(001)、()、(011)、(100)、(101)、(110)和两个零矢量(000)、(111). 图1.-1 三相桥式电压型有源逆变器拓扑结构 在平面上绘出不同的开关状态对应的电压矢量，如图1.2所示。由于逆变器能够产生的电压矢量只有8个，对与任意给定的参考电压矢量，都可以运用这8个已知的参考电压矢量来控制逆变器开关来合成。 图1.2 空间电压矢量分区 图1.2中，当参考电压矢量在1扇区时，用1扇区对应的三个空间矢量U sv1 、U sv2 、U sv3来等效参考电压矢量。若1.2 合成矢量 ref U所处扇区N的判断 三相坐标变换到两相β α-坐标： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ) ( ) ( ) ( 2 3 - 2 3 2 1 - 2 1 - 1 3 2 ) ( ) ( t t t t t u u u u u co bo ao β α （1.1） 根据u α 、u β 的正负及大小关系就很容易判断参考电压矢量所处的扇区位
置。如表1.1所示。 表1.1 参考电压矢量扇区位置的判断条件 可以发现，扇区的位置是与u β、 u u βα-3及u u βα--3的正负有关。为 判断方便，我们设空间电压矢量所在的扇区N N=A+2B+3C （1.2） 其中，如果u β ＞0，那么A=1,否则A=0 如果u u βα-3 ＞0，那么B=1,否则B=0 如果u u βα--3 ＞0，那么C=1,否则C=0 1.3 每个扇区中基本矢量作用时间的计算 在确定参考电压矢量的扇区位置后，根据伏秒特性等效原理，采用该扇区三个顶点所对应的三个电压空间矢量来逼近参考电压矢量。以参考电压矢量位于3扇区为例，如图1.3所示，参考电压U ref 与U 4的夹角为γ。
3KVA三相逆变器设计 1概述 随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。 当今世界逆变器应用非常广泛。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用。PWM 控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点：（1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 本次课程设计要完成的是设计容量为3KVA的三相逆变器。初始条件为：输入直流电压220V。要求输出220V三相交流电，完成总电路的设计，并计算电路中各元件的参数。
2020年三相逆变器M a t l a b仿真精编版
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word: Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。 [1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理
器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管 逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆 变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。
课程设计 题目3KVA三相逆变电源设计学院自动化学院 专业自动化 班级 姓名 指导教师朱国荣 2014 年 1 月 2 日
课程设计任务书 学生姓名：专业班级：自动化1102 指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院 题目: 3KVA三相逆变电源设计 初始条件： 输入直流电压110V。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到： 1、输出380V，频率50Hz三相交流电。 2、完成总电路设计。 3、完成电路中各元件的参数计算。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要 (1) 1 设计要求、意义及思路 (2) 1.1 设计意义 (2) 1.2 设计要求 (2) 1.3 设计思路 (3) 2 方案设计及原理 (3) 2.1逆变电路 (3) 2.2 SPWM采样方法选择 (4) 2.3 LC滤波 (5) 2.4 升压变压器 (6) 3 主电路设计及参数设计 (7) 3.1 IGBT三相桥式逆变电路 (7) 3.2 脉宽控制电路的设计 (9) 3.2.1 SG3524芯片 (9) 3.2.2 调制波及载波的产生 (10) 3.3 触发电路的设计 (11) 3.3.1 IR2110芯片构成的触发 (11) 3.3.2 M57962L芯片构成的触发电路 (12) 3.4其他部分的参数设计 (13) 结束语 (15) 参考文献 (16) 附录一： (17) 附录二：主电路图 (18)
谢谢你的观赏 教学设计方 案模板 教学设计方案 课题名称：信息技术课堂教学中画图软件的应用《复制与变换》 姓名： 工作单位： 学科年级： 信息技术 三年级 教材版本： 小学信息技术第2版 一、教学内容分析（简要说明课题来源、学习内容、知识结构图以及学习内容的重要性） 本课选自浙江摄影出版社三年级上册第9课的教学内容安排在画图部分主要工具内容学习完之后，应该属于技巧运用的一部分，主要学习图形的选择、复制，粘贴、移动、旋转变化及删除的方法，掌握对相同图形进行复制粘贴的技巧，以简化作图的过程。这样能更好地激发学生的学习兴趣、以提高教学的效率。 二、教学目标（从学段课程标准中找到要求，并具体化为本节课的具体要求，明晰（学生懂）、具体、可操作、可以依据板鞋练习测试题）重点及难点（说明本课题的重难点） 1.（1）加深对画画的操作；（2）巩固对图形的选择操作；（3）掌握图形的复制及粘贴；（4）学会对图形进行清除及变化操作。 2.通过尝试操作，掌握复制、粘贴图形以及翻转、旋转图形、对图形的清除的方法，培养学生的自学能力和发现问题解决问题的能力。 3.培养学生独立思考的能力和动手能力，培养学生的创新意识，激发学生学习信息技术的兴趣，促进其个性发展；培养学生发现美、创造美的能力。 三、学习者特征分析（学生对预备知识的掌握了解情况，学生在新课的学习方法的掌握情况，如何设计预习） 考虑三年级小朋友可能对画画还不太熟悉尽量选择简单图形给予参考，前面已经基本学习了填充颜色，工具的使用及图形的选择等操作，本节课加深对画图的练习。 四、教学过程（设计本课的学习环节，明确各环节的子目标，画出流程图） 针对学习流程的设计的各流程，设计教与学的方式的） 预设学生活动 设计意图 加强自己学习的兴趣，超越其他小朋友的作品 俗话说“良好的开始是成功的一半”，问题的引入，激发学生的实际需要，从中并提供了素材让其使作品更加漂亮。 1.自行看书并操作演练，因为书 学生是学习的主 人,学生必须通过操作
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方式及其MATLAB 仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3-phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word:Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 1.1逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变换，因而称为逆变。[1] 1.2逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 1.3逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。
2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。 图 1 三相逆变电路 日常生活中使用的电源大都为单相交流电，而在工业生产中，由于诸多电力能量特殊要求的电气设备均需要使用三相交流电，例如三相电动机。随着科技的日新月异，很多设备业已小型化，许多原来工厂中使用的大型三相电气设备都被改进为体积小、耗能低且便于携带的小型设备。尽管这些设备外形发生了很大的变化，其使用的电源类型——三相交流电却始终无法被取代。在一些条件苛刻的环境下，电力的储能形式可能只有直流电，如若在这样的环境下使用三相交流电设备，就要求将直流电转变为特定要求的三相交流电以供使用。这就催生了三相逆变器的产生。
三相电压型逆变器 一．电力电子器件的发展： 1.概述： 1957年可控硅(晶闸管)的问世，为半导体器件应用于强电领域的自动控制迈出了重要的一步，电力电子开始登上现代电气传动技术舞台，这标志着电力电子技术的诞生。20世纪60年代初已开始使用电力电子这个名词，进入70年代晶闸管开始派生各种系列产品，普通晶闸管由于其不能自关断的特点，属于半控型器件，被称作第一代电力电子器件。随着理论研究和工艺水平的不断提高，以门极可关断晶闸管（GTO）、电力双极性晶体管（BJT）和电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展，被称作第二代电力电子器件。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为代表的复合型第三代电力电子器件异军突起，而进入90年代电力电子器件开始朝着智能化、功率集成化发展，这代表了电力电子技术发展的一个重要方向 电子技术被认为是现代科技发展的主力军，电力电子就是电力电子学，又称功率电子学，是利用电子技术对电力机械或电力装置进行系统控制的一门技术性学科，主要研究电力的处理和变换，服务于电能的产生、输送、变换和控制。（电力电子的发展动向）电力电子技术包括功率半导体器件与IC 技术、功率变换技术及控制技术等几个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础，也是电力电子技术发展的“龙头”。电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件，用于电能变换和电能控创电路中
的大功率(通常指电流为数十至数千安，电压为数百伏以上)电子器件。广义上电力电子器件可分为电真空器件(Electron Device)和半导体器件(Semiconductor Device)两类。 2.发展： A.整流管： 整流管是电力电子器件中结构最简单、应用最广泛的一种器件。目前主要有普通整流管、快恢复整流管和肖特基整流管三种类型。电力整流管在改善各种电力电子电路的性能、降低电路损耗和提高电源使用效率等方面发挥着非常重要的作用。目前，人们已通过新颖结构的设计和大规模集成电路制作工艺的运用，研制出集PIN整流管和肖特基整流管的优点于一体的具有MPS、SPEED和SSD等结构的新型高压快恢复整流管。它们的通态压降为IV 左右，反向恢复时间为PIN整流管的1/2，反向恢复峰值电流为PIN整流管的1/3。 B.晶闸管： 自1957年美国通用电气公司GE研制出第一个晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革，为新器件开发研制奠定了基础，其后派生出各种系列产品。1964年，GE公司成功开发双向晶闸管，将其应用于调光和马达控制；1965年，小功率光触发晶闸管问世，为其后出现的光耦合器打下了基础；60年代后期，出现了大功率逆变晶闸管，成为当时逆变电路的基本元件；逆导晶闸管和非对称晶闸管于1974年研制完成。 C.门极可关断晶闸管： GTO可达到晶闸管相同水平的电压、电流等级，工作频率也可扩展到
院（系）：电气工程学院
摘要 根据三相桥式SPWM逆变电路的工作原理以及特点，采用Simulink中的相关模块建立仿真模型，仿真分析其典型电流、电压波形和工作过程，得到了三相桥式SPWM控制波、负载线电压、负载相电压、负载相电流、负载中性点电压、电源电流波形，解决了三相桥式SPWM逆变电路教学中的难点问题。利用该模型辅助三相桥式SPWM逆变电路教学，直观生动，交互性强，动态显示传真波形。论述了单项正弦波逆变器的工作原理，介绍了SG3524的功能及产生SPWM波的方法，对逆变器的控制及保护电路做了详细介绍，给出了输出电压波形的实验结果。 关键词：三相桥式SPWM逆变；Simulink；仿真；波形；
目录 第1章绪论 (1) 第2章课程设计的方案 (2) 2.1三相桥式SPWM逆变电路的设计内容及要求....... 错误！未定义书签。 2.2SPWM逆变器的工作原理 ....................... 错误！未定义书签。第3章 SPWM逆变器的工作原理. (4) 3.1工作原理 (4) 3.2 控制方式 (5) 3.2.1单极性正弦脉宽调制 (5) 3.2.2双极性正弦脉宽调制 (6) 3.3 正弦脉宽调制的调制算法 (7) 3.3.1 自然采样法 (7) 3.3.2规则采样法 (7) 3.3.3 双极性正弦波等面积法 (7) 第四章MATLAB仿真设计 (8) 4.1 主电路 (8) 4.2 控制电路设计 (9) 4.3仿真结果与分析 (10) 第五章课程设计总结 (15) 参考文献 (16)
第1章绪论 电力电子技术是跨越电力技术、电子技术和控制技术理论三个领域的一门新兴交叉学科，它主要研究应用了电路领域的各种电力半导体器件及其装置，以实现对电能的变换和控制。它可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口。电力电子技术广泛应用于一般工业、交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等。该课程已成为电气工程与自动化、自动化、电力系统自动化等电类专业的重要专业基础课。 正弦逆变电源作为一种可将直流电能有效地转换为交流电能的电能变换装置被广泛地应用于国民经济生产生活中，其中有：针对计算机等重要负载进行断电保护的交流不间断电源UPS (Uninterruptle Power Supply)；针对交流异步电动机变频调速控制的变频调速器;针对智能楼宇消防与安防的应急电源EPS ( Emergence Power Supply)；针对船舶工业用电的岸电电源 SPS(Shore Power Supply)；还有针对风力发电、太阳能发电等而开发的特种逆变电源等等.随着控制理论的发展与电力电子器件的不断革新，特别是以绝缘栅极双极型晶体管IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor)为代表的自关断可控型功率半导体器件出现，大大简化了正弦逆变电源的换相问题，为各种 PWM 型逆变控制技术的实现提供了新的实现方法，从而进一步简化了正弦逆变系统的结构与控制。 IGBT最大的优点是无论在导通状态还是短路状态都可以承受电流冲击。它的并联不成问题，由于本身的关断延迟很短，其串联也容易。尽管IGBT模块在大功率应用中非常广泛，但其有限的负载循环次数使其可靠性成了问题，其主要失效机理是阴极引线焊点开路和焊点较低的疲劳强度，另外,绝缘材料的缺陷也是一个问题。 在现有的正弦波输出变压变频电源产品中，为了得到SPWM波，一般都采用双极性调制技术。该调制方法的最大缺点是它的6个功率管都工作在较高频率，从而产生了较大的开关损耗，开关频率越高，损耗越大。本文针对正弦波输出变压变频电源 SPWM调制方式及数字化控制策略进行了研究，以SG3524为主控制芯片，以期得到一种较理想的调制方法，实现逆变电源变压、变频输出。
1 设计任务与要求 条件：输入直流电压：110V。 要求完成的主要任务: （1）开关元器件的选择 （2）各模块方案选择 （3）各模块方案设计 （4）总电路的设计 （5）各模块的器件选型 （6）参数计算 设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到： （1）输出380V，频率50Hz三相交流电 （2）完成总电路设计 （3）完成电路中各元件的参数计算 1.1 设计任务分析 由于输入直流电压只有110V，而输出交流电压要求有效值为380V，所以必须通过升压电路将直流电压升到到一定值才能作为逆变器的输入电压。逆变器的核心是半导体开关器件，不同拓扑的逆变电路有不同的优缺点和应用领域。半导体开关器件需要触发信号才能导通，要使逆变器输出正弦波形，则需要特殊的触发电路对开关器件进行调制。逆变器输出带有高次谐波，需要滤波电路对谐波进行。在进行仿真前，需对上述电路模块进行比较论证和选择。 1.2 设计思路 首先，考虑输入直流电压为110V而输出380V、频率50Hz三相交流电，要采用斩波电路升压到大于380以上，可以用直流斩波升压电路、直流斩波升降压电路等。其次要求由直流变为三相交流电，可采用电压型逆变电路、电流型逆变电路。逆变电路得到的是三相矩形波，再用PWM或者SPWM开关采用规则采样法将矩形波变为三相波，最后用滤波器滤波得到最终的所要的三相电，设计流程图如图1.1所示 图1.1设计流程图
2 设计意义及原理 2.1 设计意义 逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但其含有较大成分低次谐波等缺点，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用众所周知。 逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。 PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和周期以达到变压目的或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术，SPWM 控制技术又有许多种，并且还在不断发展中，但从控制思想上可分为四类，即等脉宽PWM 法，正弦波PWM 法（SPWM 法），磁链追踪型PWM 法和电流跟踪型PWM 法，其中利用SPWM 控制技术做成的SPWM 逆变器具有以下主要特点： （1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。 （2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。 （3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。 在后备式供电中，蓄电池作为一种非常重要的储能介质，在各个行业都得到了广泛的应用。由于单个电池的参数存在着差别，不能通过将蓄电池并联的方法来提高直流供电系统的容量，因此在电池的容量不能满足实际需求时，最直接的办法就是多个蓄电池串联共同提供能量。所串的蓄电池越多，蓄电池组能够提供的能量就越多，但输出端电压就越高，此时，逆变器输入直流电压的上限就直接决定了蓄电池组的容量 大小。 另外，高压变频器广泛的应用于轧钢、造纸、水泥制造、矿井提升、轮船推进器等传统工业的改造和高速列车、城市地铁轻轨、电动汽车中，其核心部分也是高压逆变器。
湖南文理学院课程设计报告 课程名称：专业设计 系部：电气与信息工程学院 专业班级：自动化07103班 学生姓名：姚金兵 学好：200716010324 指导教师：敖章鸿 完成时间：2010.12.30 评阅意见： 评阅教师日期
目录 一、设计要求 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 3 - 二、设计的目的 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 三、设计的具体 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - （1）、系统概述 -------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 1、三相pwm逆变器工作原理----------------------------------------------------------------- - 3 - 2、单元电路设计---------------------------------------------------------------------------------- - 4 - （2）、控制电路设计 ------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 1、触发电路 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - （3）、双闭环控制电路的工作原理---------------------------------------------------------- - 8 - 1、电流调节器------------------------------------------------------------------------------------- - 8 - （4）、检测电路 ------------------------------------------------------------------------------------ - 10 - 1、电流互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 2、电压互感器----------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3、给定电压 -------------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 4、仿真与分析----------------------------------------------------------------------------------- - 12 - 四．心得体会及建议 ------------------------------------------------------------------------------ - 12 - 五、参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ - 14 - 六、附录--------------------------------------------------------------------------------------------------- - 15 -
三相逆变器M a t l新编 仿真 Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022
三相无源电压型SPWM逆变器的构建及其MATLAB仿真 09 电气工程及其自动化邱迪 摘要：本文简要介绍了三相无源电压型SPWM输出的逆变器的构建和工作方 式及其MATLAB仿真。 关键词：三相逆变器正弦脉宽调制(SPWM)技术 MATLAB仿真 Abstract: This paper introduces briefly the construction of 3- phase inverter which output SPWM wave and the MATLAB-based simulation. Key word: Three-phase inverter Sinusoidal Pulse Width Modulation Power electronic technology 1逆变器 逆变器的概念 逆变器也称逆变电源，是一种可将直流电变换为一定频率下交流电的装置。 相对于整流器将交流电转换为固定电压下的直流电而言，逆变器可把直流电变 换成频率、电压固定或可调的交流电，称为DC-AC变换。这是与整流相反的变 换，因而称为逆变。[1] 逆变器涉及的技术 逆变器的构建应用了电力电子学科中的很多关键技术。电路中电流的可控流 通断开的过程中应用了多种可控硅类型的电力电子器件；开关的控制过程应用
了基于微处理器的现代控制技术；对于正弦波形的仿制过程应用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术等等。 逆变器的分类 现代逆变技术的种类很多，可以按照不同的形式进行分类。其主要的分类方式如下： 1)按逆变器输出的相数，可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变。 2)按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。 3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆 变。 4)按逆变主开关器件的类型，可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效 应管逆变等等。 5)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。 6)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出 逆变。 7)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。[2] 2 三相逆变电路 三相逆变电路，是将直流电转换为频率相同、振幅相等、相位依次互差为120°交流电的一种逆变网络。