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1、摘 要随着电力电子技术的迅猛发展，逆变技术广泛应用于航空、航海等国防领域和电力系统，交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域。特别是随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视。利用新能源的关键技术-逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电。因此，逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。理论联系实际，将书本上所学到的知识与实际设计结合起来，学习电力电子基本理论，掌握单相电压型逆变器的工作原理和SPWM原理，并进行详细的设计分析，掌握其控制方式及在电力系统中的重要作用。关键词：逆变技术，单相电压型逆
2、变器，SPWM原理ABSTRACT With the rapid development of power electronics technology, the inverter technology is widely used in aviation, navigation and other fields of national defense and the electric power system, transportation, telecommunications, industrial control and other civilian areas. Especially
3、 with the oil, coal and natural gas and other major energy shortage, the development and utilization of new energy has been paid more and more attention. The key technology of new energy, inverter technology, the battery, DC can be converted into AC power grid connected power generation solar cell a
4、nd fuel cell and other new energy conversion. Therefore, inverter technology plays a very important role in the field of new energy development and utilization. The theory with practice, apply on the books knowledge and practical design combine learning power electronics basic theory, master the wor
5、king principle and the principle of SPWM single-phase voltage type inverter, and design a detailed analysis, palm Hold the control mode and the important role in the power system. Keywords: Inverter technology ，Single phase voltage source inverter ，SPWM principle 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 课题背景及研究
6、的意义11.1.1 课题背景11.1.2 课题研究的意义11.2 逆变技术的发展现状和发展趋势21.2.1 逆变器的发展过程21.2.2 逆变器的发展趋势31.2.3 逆变技术存在的难点41.3 本文研究容4第2章 逆变器的工作原理62.1 逆变器的分类62.2 逆变技术指标62.2.1 额定输出电压62.2.2 输出电压的波形失真度72.2.3 额定输出频率72.2.4 保护72.2.5 启动特性72.2.6 噪声72.3 逆变器结构分析82.3.1 逆变器基本结构82.3.2 逆变电路的基本工作原理92.3.3 逆变电路的换流方式92.3.4 电压型逆变器122.3.5 逆变器的调制方式1
7、4第3章 PWM控制技术153.1 SPWM调制与实现原理163.2 软件程序设计173.3 正弦脉宽调制的生成183.4 规则采样法203.5 同步调制和异步调制21第4章 系统组成及设计224.1 系统控制方案234.1.1 定时器周期中断子程序234.1.2 A/D采样子程序244.1.3 数据处理算法244.1.4 测量波形264.2 系统框图274.2.1主电路硬件结构及工作原理274.3 TMS320F28335 DSP简介284.3.1 DSP的概念294.3.2 DSP的相关应用30第5章 总结30致 31参 考 文 献32附录1 基于DSP28335的SPWM生成程序34附录
8、2 逆变器控制程序源代码38第1章 绪 论1.1 课题背景及研究的意义1.1.1 课题背景近年来，随着电力电子技术和自动化水平及控制技术的发展，各行各业对电力的供给提出了更高的要求。提供稳定的、高可靠性的、高效率的、节能环保的电力供给就成为了能量领域研究的重点之一 。在目前已有的电源中，如蓄电池和太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时就需要将直流电转变成交流电供负载使用。逆变器就是这种能进行电能转化的装置。逆变器也称逆变电源，是太阳能、风力发电中一个重要部件。它能将直流电变为定频定压或调频调压交流电，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
9、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，MOSFET，GTO 等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机等数字控制领域，使得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 法等等。各
10、种现代控制理论如棒棒控制，自适应控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。1.1.2 课题研究的意义国民经济的高速发展和国外能源供应日益紧，电能的开发和利用显得更为重要。目前，国外都在大力开发新能源，如太阳能发电、风力发电、潮汐发电等。一般情况下，这些新型发电装置输出不稳定的直流电，不能直接供给需要交流电的用户使用。为此，需要将直流电变换成交流电，需要时可并入市电电网。这种DC-AC变换需要逆变技术来完成。因此，掌握逆变技术具有重要的意义。逆变电源输出的交流电可用于各类设备，可以最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。有了逆变器，就可利用直流电
11、转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障，如笔记本电脑、手机、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。这种能量的变换对节能、减小环境污染、降低成本和提高产量等方面均起着非常重要的作用。随着逆变技术成熟，使得其应用领域也达到了前所未有的广阔，广泛应用于电力系统、家用电器、交通运输、工业电源和航空航天等领域并且随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。高性能逆变电源要求满足：高逆变效率、高速动态响应、高稳态精度、高智能化、高系统稳定性和高可靠性。1.2 逆变技
12、术的发展现状和发展趋势1.2.1 逆变器的发展过程 1956-1980年为传统发展阶段。1956年，第一只晶闸管问世标志着电力电子学的诞生，在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展，首先出现的是可控硅SCR电压源型逆变器。1961年，WMcMurrav与BDB edford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1962年，AKemick提出了“谐波中和消除法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，EGTumbull提出了“特定谐波消除法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优等。1980到现在为高频化新技术阶段。20世纪80年
13、代初，美国弗吉尼亚电力电子技术中心(VPEC)对谐振技术进行了改进，提出了准谐振变换技术，即把LC回路在一个开关周期中的全谐振改变为半谐振或部分谐振，这才使软开关与PWM技术的结合成为可能，并在DCDC变换器中普遍采用。软开关技术研究的最终目的是实现脉宽调制PWM(PulseWidth Modulation)软开关技术，也就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关功能。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关转换过程中才产生谐振，实现软开关转换，平时则不谐振，以保持PWM逆变器的特点。PWM软开关技术是当今电力电子学领域最活跃的研究
14、容之一，是实现电力电子高频化的最佳途径，也是一项理论性最强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及对电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。1.2.2 逆变器的发展趋势 在电力电子技术的应用及各种电源系统中，变频电源技术均处于核心地位。近年来，现代变频电源技术发展主要表现出以下几种趋势： (1) 高频化 提高变频电源的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，为了进一步减小装置的体积和重量，去掉笨重的工频隔离变压器，采用高频隔离，并可消除变压器和电感的音频噪声，同时改善了输出电压的动态响应能力。 (2) 高性能化 高性能主要指输出电压特性的高
15、性能，它主要体现在以下几个方面:稳压性能好，空载及负载时输出电压有效值要稳定；波形质量高，不但要求空载时的波形好，带载时波形也好，对非线性负载性要强；突加或突减负载时输出电压的瞬态响应特性好；电压调制量小；输出电压的频率稳定性好；对于共相电源，带不平衡负载时相电压失衡小。 (3) 模块化 当今逆变电源的发展趋向是大功率化和高可靠性.虽然现在已经能生产几千KVA的大型逆变电源，完全可以满足大功率要求的场合。但是，这样整个系统的可靠性完全由单台电源决定，无论如何可靠性也不可能达到很高。为了提高系统的可靠性，就必须实现模块化，模块化意味着用户可以方便地将小容量的模块化电源任意组合，构成一个较大容量的变频电源。模块化需要解决逆变电源之间的并联问题，变频电源的并联要比直流电源的并联复杂，它面临着负荷分配、环流补偿、通断控制等多方面的问题。 (4) 数字化 现在数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、提高系统抗干扰能力、便于软
