单相交直交SPWM变频电源的设计

摘 要 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。 Abstract 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。 netting or supply the loads directly. It should be converted to the electricity with the phase to ground voltage is 220V,and the frequency is 50Hz to merge into the electrified wire netting or supply the neighboring lngdc. This paper introduces a medium and small variable frequency power supply for a distributed generation, which including a permanent magnetism dynamo pulled by a diesel engine, to converts the medium frequency electricity generated by the dynamo into the electricity which the ground voltage is 220V, the frequency is 50Hz. Based on surveying the development of variable frequency power supply and analyzing its development tendency, and considering the practical features of the assignment, the conversion system is designed as follows: it selects the 3-phase Pulse Width Modulation Engine SA4828 as the PWM control signals generator; it chooses the single-chip-computer PIC16F877 as the microcontroller, which integrated the A/D modulation, which cuts down the complexity of the hardware system and strengthens the dependability of the system. 前言 集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统是目前电能生产、输送和分配的主要方式，正在为全世界900/0以上的电力负荷供电。但是，在配电网中，城市居民和商业用户、农村和半城镇区域的负荷具有很大的随机波动性。家用空调随气温变化的无规律启停，降水降雪和大风的无常发生，以及其他不确定因素所引起的负荷变化给配电网的规划、设计和运行带来了巨大的难题和挑战。特别是在我国中西部的偏远地区的农村和一些游牧民族地区，如果采用传统的集中式供电方式，新建配电网络，不仅技术上实现起来难度非常大，而且经济效益上也是不可取的。因此，欧美的电力专家提出了投资省、发电方式灵活、与环境兼容的分布式发电与大电网联合运行的方式，以提高了电力系统运行的灵活性、可靠性和安全性。目前，大电网与分布电感相结合被世界许多能A、电力专家公认为是能够节省投资降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的主要方式，是21世纪电力工业的发展方向。 分布式发电的概念目前还没有完全同一的说法。一般来说，分布式发电指的是通过规模不大(几十kW到几十MW)、分布在负荷附近的发电设施，为了满足一些特殊用户的需求，经济、高效、可靠的发电系统。分布式发电并不是一个全新的概念，早期的小火电、小热电也属于分布式发电，只是由于技术经济性能不好，逐渐被淘汰了。近年来，分布式发电技术的研究取得了突破性的进展，分布式发电有望在电能 产中占有越来越大的比重，并对传统的电力系统供电方式产生重大的影响。 新兴的几种分布式发电技术主要有: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h-81。这些新兴的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。 ACDCAC

中间直流环节恒压恒频变压变频

整流逆变

第一章变频电源的结构方案论证 1.1变频电源结构设计

从结构上看，静止式变压变频装置有直接变压变频和间接变压变频两种结构方式。

1.1.1直接变压变频装置结构原理

直接变压变频装置的结构如图1.1所示。

交-交变压变频~50Hz

ACAC

图1.1直接 (交一交)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”变压变频装置或交-交变压变频装置。有时，为了表现其功能，又称周波变换器。

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u0。uu的幅值决定于各组整流装置的控制角。，u。的频率决定于两组整流装置的切换频

率。如果控制角。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。 1.1.2间接变压变频装置

间接变压变频装置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，或交一直一交变压变频装置。交一直一交变频器基本上由整流器、滤波器和逆变器3大部分组成。如图1.2所示。

图1.2间接变压变绷装置 (交-直-交变频装置) 图1.3间接变压变频装置的不同结构形势 a)可控整流调压、六拍逆变调压 b)不控整流、斩波器调压、六拍逆变器调频 C)不控整流、PWM逆变器调压调频 先用可控硅整流器将交流电压整成电压可调的直流电压Vd。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V0。Vo的幅值由整流器输出电压决定，V0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1.3所示。如图1.3a所示的这种装置中，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单相六拍逆变器，每周换相六次，输出谐波较大。这些都是这类装置得主要缺点。 如图1.3b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，在单独设置斩波器，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。输出逆变环节未变，仍有较大的谐波。 如图1.3c所示的装置中，用不控整流，则输入功率因数不变:用PWM逆变，

逆变暂波器逆变ACACACDCDCDCACACAC~50HZ~50HZ~50HZ不可控整流不控整流调压调频

调压调频

调压调频不控整流逆变a)

b)c)

DC