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毕业设计单相变频电源设计专业电气工程及其自动化学生姓名倪玲班级B电气041学号**********指导教师陈荣完成日期2008年6月17日单相变频电源设计摘要：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 supplyAbstract: 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 (5)1.1 课题的研究背景 (5)1.1.1电力电子技术的发展 (5)1.1.2 变频电源的发展 (6)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 (10)2.1.3电压源型变频器和电流源型变频器 (11)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 (13)3.2.2 直—交部分 (16)3.3 输出滤波电路设计 (18)4 功率器件的驱动和保护电路设计 (19)4.1 M57962L驱动电路的简介 (19)4.1.1 引脚排列及主要性能参数 (20)4.1.2 M57962L模块具有以下特点： (21)4.1.3 M57962L工作原理 (21)4.2 IGBT保护电路 (21)4.2.1 过流保护 (21)4.2.2 过压保护 (22)5 逆变器控制系统的设计 (23)5.1 SPWM控制技术 (23)5.1.1 PWM调制法基本原理 (23)5.1.2 SPWM波形生成方法的分析 (23)5.1.3 SPWM的约束条件 (26)5.1.4 SPWM调制方法 (26)5.2 SPWM控制电路设计 (27)5.2.1 SG3525的电路组成及各部分功能 (27)5.2.2 SG3525应用电路 (29)5．3 单片机接口电路设计 (30)5.3.1 A/D转换接口电路设计 (30)5.3.2 D/A转换接口电路设计 (33)6 结束语 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录 (40)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。
SPWM变压变频调速控制系统设计一、课程设计目的掌握交-直-交电压源型变频器的结构组成和工作原理，掌握变频器的主电路、控制电路、驱动电路以及保护电路的设计方法，掌握变频器主要元器件的选型方法。
二、设计容、技术条件和要求设计交-直-交电压源型三相SPWM变频器，整流部分为二极管三相不控整流，并由大电容滤波，获得恒定直流电压，逆变器由6个电力晶体管GTR和6个续流二极管组成，并由8051和大规模集成电路HEF4752组成SPWM变压变频调速系统的控制电路。
基本设计参数：异步电动机额定功率11kW，额定电流22A，线电压380V，允许过载倍数=1.5，泵升电压U s=150V，逆变器输出频率围4~60Hz，额定输出频率50Hz，负载功率因数cos≥0.5，负载引起直流电压脉动百分比K≤5%，U in(max)=10V，设计任务：1.设计主电路：选择GTR开关管和滤波电容参数；2.设计控制电路：采用大规模集成电路HEF4752，并设f smax=1000Hz，计算8253分频系数；3.设计驱动电路：采用分立元件或集成电路模块均可；4.画出系统主电路图、控制电路图、驱动电路图、保护电路图（过压保护和过流保护二选一）；5.写出设计心得体会。
三、SPWM调速系统基本原理PWM的原理，就是面积等效原理，在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
所以可用等幅值的不同宽度的脉冲来等效一些想要的波形。
PWM技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变为电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或电压脉冲周期以达到改变电压的目的，或者通过控制电压脉冲宽度和电压脉冲序列的周期以达到变压和变频的目的。
变频调速中，前者主要应用于PWM斩波（DC－DC变换），后者主要应用于PWM逆变（DC－AC变换）。
PWM 脉宽调制是利用相当于基波分量的信号波（调制波）对三角载波进行调制，以达到调节输出脉冲宽度的目的。
由于传统能源的枯竭，各国对环境保护的重视以及现存电力系统的种种弊端，分布式发电将在未来的供电系统中发挥越来越重要的作用。
近年来以燃料电池发电技术，微型燃气轮机发电技术，光伏电池发电技术和风力发电技术为代表的新型分布式发电技术发展迅速。
但是分布式发电技术发出的电都不是与电网供电系统相同的交流电，无法与大电网联网或者直接供给普通负载使用，都需要变频装置将其变换成负载可以使用的交流电或者与大电网电压、频率相匹配的工频交流电。
因此，针对特定的分布式发电技术研究与其相配套的变频电源就很有必要。
本文针对内燃机拖动永磁发电机的中小功率分布式发电系统，设计一套变频电源，将发电机发出的中频交流电变换为相电压220V,频率50Hz的工频交流电。
在论述和分析了变频电源及其控制技术发展的概况和趋势的基础上，结合本课题任务的实际情况，设计了一套中小功率的逆变电源。
系统中PWM控制信号采用专用集成芯片SA4828生成，减轻了控制器的工作量也提高了系统的可靠性。
控制器选用集成了A/D转换器的单片机，使得系统的硬科复杂性降低，提高了可靠性。
Since the exhaustion of the traditional energy, the high opinion of the environment anda variety of defeats of the current power system, distributed generation would bring into play more and more significant action. Recent years, some new distributed generation technology,such as fuel cell, micro gas turbine, solar cell and wind power generation, developed rapidly.But electricity generated by them can not merge into the electrified。
单相太阳能并网逆变器SPWM发生器设计1 实验目的(1) 学会使用高级控制定时器；(2) 理解SPWM波形的产生原理。
2 实验任务(1) 对信号发生器的正弦信号进行频率和相位跟踪，调整SPWM波的频率、相位与其一致，模拟实现逆变并网；(2) 编写函数实现载波频率，正弦频率调节等功能的SPWM波输出控制指令。
3 实验说明(1)TIM1和TIM8简介高级控制定时器(TIM1和TIM8)由一个16位的自动装载计数器组成，它由一个可编程的预分频器驱动。
它适合多种用途，包含测量输入信号的脉冲宽度(输入捕获)，或者产生输出波形(输出比较、PWM、嵌入死区时间的互补PWM等)。
使用定时器预分频器和RCC时钟控制预分频器，可以实现脉冲宽度和波形周期从几个微秒到几个毫秒的调节。
高级控制定时器(TIM1和TIM8)和通用定时器(TIMx)是完全独立的，它们不共享任何资源，可以同步操作。
(2)TIM1和TIM8主要特性16位向上、向下、向上/下自动装载计数器●16位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为1～65535之间的任意数值● 多达4个独立通道：─ 输入捕获─ 输出比较─ PWM生成(边缘或中间对齐模式)─ 单脉冲模式输出● 死区时间可编程的互补输出● 使用外部信号控制定时器和定时器互联的同步电路● 允许在指定数目的计数器周期之后更新定时器寄存器的重复计数器● 刹车输入信号可以将定时器输出信号置于复位状态或者一个已知状态● 如下事件发生时产生中断/DMA：─ 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)─ 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)─ 输入捕获─ 输出比较─ 刹车信号输入● 支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路● 触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理(3)SPWM波形的产生原理SPWM全称正弦脉冲宽度调制技术，是用一系列等幅不等宽的脉冲等效正弦波。
摘要随着电力电子器件、高精度高速运算芯片、实时仿真及控制等技术的飞速发展，各类电力电子装置正广泛地应用于交直流可调电源、电力供电系统、电气传动控制与电化学生产等领域，然而大多数的电力电子装置都是通过变流器与电网相连，总存在网侧功率因数低以及输入电流谐波成分高的问题。
为了减小谐波干扰对电网质量的危害，以及可能因此而引发的事故，1994年3力谐波提高功率因数的方法主要有两种，一种是装设专用的谐波补偿装置，该方法相应地带来了成本增加的问题；另一种是采用新型的高功率因数变流器。
PWM整流器作为高功率因数变流器的一个重要方向，在各种工业生产领域扮演着重要角色。
它不仅要求中间直流环节的电压保持恒定，交流侧功率因数为1，还要求尽量减少电流谐波。
然而相对于两电平PWM整流电路，三电平PWM整流器的功率开关管所承受的关断电压为直流侧电压的一半，减少了功率开关管的电压强度，同时电平数的增加使入端电流更接近正弦波，在同样的的开关频率及控制方式下，其电流谐波总畸变率（THD）要远小于两电平PWM整流器。
因此，本毕业设计以单相三电平PWM整流器为研究对象, 首先介绍了课题的产生背景、研究概况及意义，阐述了PWM整流器的工作原理，并对其开关工作模态以及拓扑结构进行了分析；其次，在此基础上，建立了三电平整流器的系统数学模型，并对PWM控制技术进行总结，采用电压电流双闭环控制，利用MATLAB/Simulink进行了仿真实验。
仿真结果表明，系统的工作情况与理论分析相符合，该系统不仅能使直流电压在一定范围内可调，而且使整流器交流侧电流谐波降低，实现了单位功率因数运行。
关键词：三电平整流功率因数校正MATLAB仿真ABSTRACTWith the rapid development of power electronic devices, high-precision high-speed computing chip, real-time simulation and control technology, various types of power electronic devices are widely used in AC-DC adjustable power supply, power supply systems, electrical transmission control and electrochemical production etc, but most power electronic devices connected to the grid through the converter, there is always the low power factor and high harmonics problem of the input current.In order to reduce the harm of grid-quality by the harmonic-interference, and the accident may resulted form it, the State Bureau of Technical quality utility" in March 1994. Thereare two methods to improve power factor and inhibit power harmonic, one is the installation of a dedicated harmonic compensation devices, the method has brought a corresponding increase problem in the cost ; the other is using the new high power factor converter .PWM rectifier ,as an important direction of high power factor converters, plays an important role in the various areas of industrial production. It not only requires the constant of middle- dc voltage, AC power factor is 1, also required to minimize the current harmonics.However, in related to the two-level PWM rectifier, the DC side power switch turn-off voltages of three-level PWM rectifier are the half, so it reduce the power voltage- strength, and the increase of the level’s numbers makes the input-side current closer to the sine wave, and at the same switching frequency and control mode, the total current harmonic distortion (THD) is much smaller than the two-level rectifier.Therefore, this graduating-design choose the single-phase three-level PWM rectifier as research object. First this paper introduces the background,research survey and significance of this research subject, explains the working principle of the PWM rectifier and analyzes its switching modes and topology; Secondly, on this basis, a system mathematical model of the three-level rectifier is built, then begin a MATLAB/simulink simulation experiment with the summary of PWM control techniques and the use of voltage and current double closed loop control. Simulation results show that the work of the system consistent with thetheoretical analysis, this system not only enables the DC voltage is adjustable within a certain range, but also reduce the rectifier AC side current harmonics to achieve the unity power factor operation.Key words: three-level power factor correction MATLAB simulation主要符号说明输入交流电源电压网侧电流交流侧调制电压直流侧输出电压直流侧输出负载电流中点箝位电流直流侧电容C1两端电压直流侧电容C2两端电压-/ - 三电平整流器左/右半桥臂四个开关管-/- 三电平整流器8个反并联二极管/ 直流侧上下两个支撑电容入端电阻入端电感直流侧输出负载电阻三电平整流电路简化模型的A相开关三电平整流电路简化模型的B相开关毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
SPWM 控制技术中全数字单相变频器的设计及实现方法本文介绍了基于DSPTMS320LF2407A 并使用SPWM 控制技术的全数字单相变频器的设计及实现方法，最后给出了实验波形。
常见的AC／DC／AC 变频器，是对输出部分进行变频、变压调节，而且在多种逆变控制技术中，应用最广泛的一种逆变控制技术是正弦脉宽调制(SPWM)技术。
在变频调速系统中，应用DSP 作为控制芯片以实现数字化控制，它既提高了系统可靠性，又使系统的控制精度高、实时性强、硬件简单、软件编程容易，是变频调速系统中最有发展前景的研究方向之一。
1 TMS320LF2407A 芯片简介TMS320LF2407A 是TI 公司专为电机控制而设计的单片DSP 控制器。
它具有高性能的C2XLP 内核，采用改进的哈佛结构，四级流水线操作，它不仅具备强大高速的运算能力，而且内部集成了丰富的电机控制外围部件，如事件管理器EVA、EVB 各包括3 个独立的双向定时器；支持产生可编程的死区控制PWM 输出；4 个捕获口中的2 个可直接连接来自光电编码器的正交编码脉冲；2 个独立的10 位8 路A／D 转换器可同时并行完成两个模拟输入的转换；片内的串行通信接口可用于与上位机通信；片内串行外设口用于与外设之间通信；40 个可独立编程的复用I／O 口可以选配成键盘输入和示波器显示的输入／输出口。
这些为实现交流电机变频调速控制提供了极大的便利。
2 系统总体方案及硬件电路图1 为系统硬件框图。
在本系统中，以TMS320LF2407A 为主要控制芯片，逆变器采用SPWM 调制控制方式实现变频控制算法，系统硬件由主电路、显示电路、键盘输入电路以及检测与保护电路等组成。
DSP 首先从键盘。
