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1、特种逆变电源的设计摘要 隧道、煤矿等场所上使用的窄轨机车上经常会用到车载空压机等辅助设备，但是机车上没有能直接供车载空压机等使用的交流电，所以就需要一个逆变电源系统把接触网的直流电逆变成交流电供给空压机等设备使用。 本文针对当前我国窄轨机车上车载空压机等辅助设备的使用现状，提出特种逆变电源的设计这个题目。该电源系统直接利用SPWM变频控制技术，将机车接触网的直流电550V转化成频率为50HZ电压为380V的稳定三相交流电，供车载空压机等辅助设备使用。设计的主电路采用IGBT作为主控器件，其驱动电路采用高速型EXB840驱动模块，并由AT89C51单片机和集成电路SA8282 配合生成SPWM三
2、相正弦波，作为系统的控制电路。此电源的设计，极大地方便了生产和应用，具有极其良好的经济效益和社会效益。结果表明，由SA8282 为控制芯片的逆变电源结构简单、性能稳定可靠, 适合于中、小功率的应用场合。关键词：SPWM，SA8282，逆变电源，单片机THE DESIGN OF SPECIAL INVERTER POWER SUPPLYABSTRACT The narrow-gauge trains often be used on-board air compressor and other auxiliary equipment in tunnel and mine, but the tra
3、in dont supply AC for the on-board air compressor directly , so it is need for a power inverter that could put the DC into AC for the air compressor using. In this paper, according the using of air compressor on-board and other auxiliary equipment on our countrys narrow-gauge train , the subject of
4、the design of special inverter power supply is put. The inverter power system use SPWM inverter control technology directly, it could put the DC which the volvage is 550V of OCS into a stability of three-phase AC which the frequency of 50HZ and the volvage of 380V for using of air compressor and oth
5、er auxiliary equipment.The main design of circuit use IGBT as a master device, the drive circuit use high-speed-based drive module of EXB840 and it use AT89C51 single-chip and large-scale integrated circuits of SA8282 to generate the SPWM three-phase symmetrical sine wave,as the control circuit in t
6、he system. The design of the power, which is greatly facilitates the production and application, and it has good economic and social benefits extremely. The results show that the inverter power supply structure which is controlled by the SA8282 is simple and good output waveform , the performance is
7、 stable and reliable, and it is suitable for medium and low-power applications.Key words: SPWM, SA8282, inverter power supply, MCU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。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均
8、已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成
9、果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录1 绪论- 1 -1.1 课题背景介绍- 1 -1.2 特种逆变电源的现状及发展前
10、景- 1 -1.3 主要技术要求- 3 -1.4 逆变电源的设计思路- 4 -2 逆变原理- 5 -2.1 逆变的基本原理- 5 -2.2 逆变技术- 6 -2.3 正弦脉宽调制技术- 8 -3 主电路设计- 11 -3.1 特种逆变电源的原理- 11 -3.2 主电路原理图及工作原理- 13 -3.3.1 IGBT的基本特点- 15 -3.3.2 主电路吸收电路的研究- 16 -4 控制电路设计- 18 -4.1 控制电路硬件设计- 18 -4.1.1 采样及A/D转化电路- 21 -4.1.2 SPWM波形生成电路- 25 -4.2 控制电路软件设计- 28 -4.2.1 PI调节器- 3
11、6 -5 驱动电路和辅助保护电路设计- 38 -5.1 驱动电路的设计- 38 -5.2 保护电路的设计- 41 -5.2.1 硬件保护- 41 -5.2.2 软件保护- 41 -5.3 辅助电源部分- 41 -结论- 43 -致谢- 44 -参考文献- 45 -附录A 系统控制原理图- 46 -附录B 系统主主电路及辅助电源电路图- 47 -附录C 系统主程序及子程序- 48 -1绪论1.1 课题背景介绍随着科学技术和电气化铁路的高速发展，如何使电力能源的利用更加合理化，高效化，已成为急待解决的重要课题。目前，我国窄轨机车上经常会用到车载空压机等辅助设备，但是车载空压机等设备需要工频50HZ
12、电压380V的交流电，机车本身并没有提供，就需要把窄轨机车接触网的高压直流电转化为空压机等使用的交流电。因此，开始在机车上采用DC 550V供电系统来逐步取代原有的车轴发电机供电系统和发电车供电统，即将窄轨机车接触网的DC 550V转化为三相交流电，供给车载空压机等辅助设备使用。图1-1 接触网1.2 特种逆变电源的现状及发展前景特种逆变电源是专为窄轨机车设计的一种直流变压装置，它将窄轨接触网直流高压电通过逆变电路变成适合于机车低压系统的电压，为机车的车载空压机等设备提供电源。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动
13、着逆变电源的发展。最初的逆变电源采用品闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以
14、提高。最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的PWM 控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压有效值或平均值反馈控制的方法实现的1。一般认为，逆变技术的发展可分为如下三个阶段。19561980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，输出电压波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率较低，正弦逆变技术开始出现。19812000年高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率较高，正弦波逆变技术的发展日趋完善。2000年至今为高效低污
15、染阶段，这个阶段的特点是以逆变的综合性能为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与PWM法并用，不再偏向追求高速开关器件与高开关频率，高效环保的逆变技术开始出现。逆变电源之所以能得到广泛应用，是因为它能实现以下功能： (1) 逆变电源能将直流电转换为交流电； (2) 变频，逆变电源能将市电转换为用户所需频率的交流电； (3) 变相，逆变电源能将单相交流电转换为三相交流电，也能将三相交流电转换为单相交流电。正弦波PWM波PWM波直流工频交流整流电路逆变电路输出变压器LC滤波电路控制电路驱动电路图1-2 逆变电源结构图 随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对逆变器控制性能要求的提高，逆变电源也得到了深入的发展，目前，逆变电源的发展趋势主要集中在以下几个方面：(1) 高频化；
