《单相正弦波变频电源设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相正弦波变频电源设计（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要随着现代工业和科技的发展，电源在工作、生活等方面的作用越来越重要但许多用 户的用电设备并非直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式 对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。把直流电能转变成交流电能供给负载的 DC-AC逆变器，特别是正弦波逆变器，其种类繁多，应用领域广泛，优越性明显。因 此，高性能的逆变器成为目前电力电子领域的研究热点之一。正弦脉宽调制(SPWM)逆变器作为逆变器的一种，可输出谐波含量小的正弦波形。 正弦波逆变电源已广泛用于基础直流电源、交流电源、各种工业电源、计算机电源，UPS 不间断电源、医疗和照明电源、雷达高压电源、音响和视频电源等。随着数字化控
2、制技 术的发展，SPWM脉冲波的生成和逆变器的全数字化控制渐趋方便，并可使逆变器的输 出波形的稳态精度、暂稳态响应、可靠性等得到进一步提高。论文设计的单相正弦波逆变电源属于交流电源(AC-DC-AC逆变)。该电源系统的设 计包括主电路和控制电路。论文首先介绍了逆变电源的发展现状；阐述了逆变系统的工 作原理；对PWM技术和IGBT进行了简单介绍；分析了正弦脉宽调制的原理及其几种 主要的调制方式；还研究了逆变电源主电路的参数，包括整流滤波电路，IGBT的选择， 输出滤波参数的确定；最后介绍了系统的软件设计实现的具体过程，并给出了系统主程 序流程图和中断流程图，程序清单。关键词：逆变电源；正弦脉宽调
3、制；IGBTAbstractWith the development of modern industry, science and technology, power supply becomes more and more important in work and life. But many users devices cant work with AC directly provided by public electricity, which should be converted by power electronics technique to the forms needed
4、. DC-AC inverters, especially sinusoidal inverters, which convert alternating current to direct current, are various, widely used and excellent. Therefore, High performance inverters have been one of points of power electronics.As one of inverters, Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) inverters
5、can achieve low total harmonic distortion (THD) output wave. Sinusoidal Pulse Width Modulation(SPWM) inverters have been applied in the following aspects widely. They are DC power supply, AC power supply, industry power supply, computer power supply, UPS power supply, power supply of medical treatme
6、nt and lighting, high voltage power supply of radar, power supply of sound and video frequency and so on. With the development of digital control techniques, the production of SPWM and digital control of inverters become convenient, which makes the output waves steady-state precision, transient and
7、steady-state response, reliability improved.Single-phase Sinusoidal Pulse Width Modulation Inverter Power Supply in this thesis belongs to AC power supply (AC-DC-AC convert). The power supply system includes the main circuit design and control circuits. The thesis presents the current situation and
8、development trends of the inverters, discusses the inverter systems working principle and mathematic model; gives an outline of PWM technology and IGBT device; analyses the principles of the sine width modulate and major modulate methods; describes the major parameters of the system to identify, inc
9、luding the rectifier filter circuit, IGBT choice, the output filter parameters of. Finally, it introduces specific achieved process of software design in the last chapter, providing the system flow chart of main program and interrupt program, and program list.Key words: Inverter; SPWM;IGBT目录摘要IAbstr
10、act II1.概述1.1逆变技术简介11.2逆变器分类11.3逆变技术的优越性11.4逆变电源的性能21.5逆变电源研究的技术现状21.6逆变电源技术研究的发展趋势31.7本文所做工作42. 逆变电路的基本理论 62.1 逆变电路的基本工作原理62.2电压型逆变电路62.2.1半桥逆变电路72.2.2全桥逆变电路82.2.3带中心抽头变压器的逆变电路112.3IGBT有关知识112.3.1IGBT的工作原理122.3.2IGBT特性与参数特点122.3.3IGBT 的保护153. SPWM波形工作原理163.1 PWM 概述163.2 PWM波形原理163.3 SPWM的波形产生方法203.
11、3.1硬件调制法203.3.2低次谐波消去法203.3.3软件生成法204. 系统硬件设计 234.1系统总体结构设计234.2系统主电路设计244.2.1主电路分析244.2.1整流、滤波电路设计254.2.2IGBT的主电路264.2.3输出滤波环节305. 系统软件设计335.1SPWM波形的实现方法335.2软件设计流程图34结论36致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。附录程序清单371. 概述逆变器是整流器的逆向变换装置，其作用是通过半导体功率开关器件(例如GTO, IGBT、功率MOSFET模块等)的开通与关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是 一种电能变换装置。逆
12、变电源是逆变器的一种，并已广泛应用于通讯、军事、医疗、航 空航天等各个领域1。1.1逆变技术简介采用逆变技术可获得不同的稳定或变化形式的电能，其具体应用有：(1) 将蓄电池的直流电逆变为交流电，如不间断电源(UPS)、应急灯电源、通用逆变 电源等。(2) 获得可变频率的交流电源，应用于交流电动机变频调速等；同时还可以实现电 动机制动再生能量回馈。(3) 利用感应涡流产生热量，如中频炉和高频感应加热。(4) 其它如弧焊电源、通信开关电源、变频电源、医用电源、化学电源、汽车电源 等。1.2逆变器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) 按逆变器输出交流的
13、频率，可以分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆 变一般指5060Hz；中频逆变一般为400Hz到十几kHz；高频逆变则一般为十几kHz 到 MHz。(2) 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。(4) 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。(5) 按逆变主开关器件的类型，可分为GTO逆变、GTR逆变、功率MOSFET逆变、 IGBT逆变，等等。(6) 按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。(7) 按直流输入波形和交流输出波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。(8) 按控制方式可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。(9
14、) 按逆变开关电路的工作方式，可分为谐振式逆变、定频硬开关式逆变和定频软 开关式逆变。1.3逆变技术的优越性(1) 灵活调节输出电压或电流的幅度和频率。(2) 将蓄电池中的直流电转换成交流电或其它形式的直流电。(3) 明显的减小用电设备的体积和重量。(4) 高效节能。(5) 动态响应快、控制性能好、电气性能指标好。(6) 保护快。1.4逆变电源的性能逆变电源的性能指标很多，包括：(1)稳态精度；(2)动态性能，其中最重要的是 输出信号的波形质量。在正弦波逆变电源中，引起输出波形畸变的因素多样，如何实现 输出信号无误差的跟踪输入参考信号，提高稳态精度，此为问题之一；当负载切换或者 变化、存在扰动
15、输入时，如何实现输出信号快速达到稳态，此问题之二。因而，如何实 现逆变电源输出信号的高稳态精度，快速的暂、稳态响应已成为当前研究热点之一。以单相正弦波逆变电源为例，引起输出波形畸变的因素有：(1) SPWM驱动波形的死区效应。(2) 负载效应。(3) 滤波参数的设计。1.5逆变电源研究的技术现状随着逆变器控制技术的发展，电压型逆变电源出现了许多的变压、变频控制方法。 目前采用较多的是脉宽调制技术即PWM控制技术，即利用控制输出电压的脉冲宽度， 将直流电压调制成等幅宽度可变的系列交流输出电压脉冲，来控制输出电压的有效值、 控制输出电压谐波的分布和抑制谐波。由于PWM技术可以迅速地控制输出电压，及其 有效地进行谐波抑制，因而它的动态响应好，在输出电压质量、效率诸方面有着明显的 优点。根据形成PWM波原理的不同，大致可以分为以下几种：矩形波PWM；正弦波PWM (SPWM)；空间相量PWM (SVM)；特定谐波消除PWM；电流滞环PWM等。这四类PWM 波各有优缺点，因而适用于不同的场合。本文主要讨论正弦波逆变器，因此主要讨论 SPWM 正弦脉宽调制法(Sinusoid-PWM) 3。SPWM正弦脉宽调制法是调制波为正弦波，载波为三角波或锯齿波的一种脉宽调制 法，它是1964年由A. Schonung和H. Stemmler把通讯系
