《光伏电源逆变器的设计毕业论文设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光伏电源逆变器的设计毕业论文设计.doc（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、邢台职业技术学院毕业设计（论文）邢台职业技术学院毕业论文光伏电源逆变器光伏电源逆变器的设计摘 要随着传统的三大化石能源日渐枯竭，绿色能源的开发和利用将会得到空前的发展，太阳能作为世界上最清洁的绿色能源之一，起并网发电备受世界各国普遍关注。而光伏并网发电系统的核心部件，如何可靠的高质量地向电网输送功率尤为重要，因此在可再生能源并网发电系统中起点能变换作用的逆变器成为了研究的一个热点。为此本文仍然采用“全桥逆变+LC滤波+工频升压”的逆变电源设计方案。整个系统设计分为SPWM波形产生电路、H桥驱动及逆变电路、欠压过流保护电路。在SPWM波形产生环节，本文采用脉宽调制芯片SG3525的为核心。由文氏
2、桥振荡电路产生50Hz的正弦波基准信号。然后经过精密整流、放大等处理输入到SG3525的补偿信号端，从而输出SPWM波。最后进行死区延时，输入到驱动电路中。在驱动电路设计环节中，本文采用两片IR2110半桥驱动芯片构成全桥驱动电路。输出侧逆变电路中开关管选用耐压值高的MOSFET。然后经过工频变压器进行升压到市电，供家用电器使用。对输入、输出进行采样，实时监控是否欠压、过流，进行保护动作。最后，给出额定功率为500W（输入电压12V输出交流220V）的单相逆变器样机的试验波形。关键词：光伏电源，逆变器，SPWM，SG3525，IR211041目录前言1第1章 系统设计概述31.1 光伏电源逆变
3、器的基本结构和设计要求31.1.1 系统的基本结构31.1.2 系统的基本设计要求31.2 系统电源设计41.3 逆变电路41.3.1 逆变电路的基本工作原理41.3.2 电压型逆变电路51.4 SPWM调制技术61.4.1 理论基础61.4.2 单极SPWM调制方式71.4.3 双极性SPWM调制方式8第2章 SPWM调制电路92.1 SG3525芯片介绍92.1.1 功能结构92.1.2 SG3525特性102.2 单极性SPWM调制电路112.2.1 SPWM调制电路结构112.2.2 正弦波发生器122.2.3 精密整流电路142.2.4 误差放大及加法电路152.2.5 SPWM调制
4、162.2.6 时序控制电路17第3章 逆变电路193.1 IR2110芯片介绍233.1.1功能结构233.1.2 IR2110特性243.2 驱动电路设计263.3 输出滤波器设计273.4 保护电路设计29第4章 系统调试284.1 信号板电路的调试324.2 信号板与H桥联调344.3 保护电路调试36结论37参考文献38附录41前言逆变器（INVERTER）就是一种直流电转化为交流电的装置，一般是把直流电逆变成220V交流电。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风
5、扇、照明等，应用十分广泛1。我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，中国光伏发电产业迅猛发展。目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳能电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如12V、24V、48V等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力
6、供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用逆变器，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。逆变系统是光伏系统的核心环节。常用的逆变系统有电压型、电流型、功率型等，我的设计是电压型逆变器。本设计具有很高的理论价值和现实意义，世界各国都在努力发展太阳能的应用，预计在本世纪20年代用太阳能电池构成发电系统或在家电设备上的应用将成为主流。这就体现了光伏逆变器系统设计的理论意义和现实价值。光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电
7、。逆变器除能将直流电能变换为交流电能外，还具有自动稳压的功能，可以改善风光互补发电系统的供电质量，在并网型光伏发电系统也需要使用具有并网功能的交流逆变器。逆变器种类很多，根据逆变器线路逆变原理的不同，有自激振荡型逆变器、阶梯波叠加逆变器和脉宽调制（PWM）逆变器等。根据逆变器主回路拓扑结构不同，可分为半桥结构、全桥结构、推挽结构等。在新世纪，太阳光发电系统逆变器，不仅要求其小型、重量轻、高品质、高效率，还需满足对交流电网的电压、电流波形畸变和电压波动、瞬时停电的种种补偿和抑制功能。形成的综合系统，由于技术含量高，将产生显著的附加值。诚然，达到多功能的目标就会引起主回路的复杂化，不易实现价廉、体
8、积小、重量轻。所以，应尽可能使用简单的主回路来实现上述目标。SPWM逆变器是目前应用最广泛和最普及的一种形式2。因此，我国广大的电子工程人员要尽早掌握这一先进技术，这不仅是提高设计效率的需要，更是我国电子工业在世界市场上生存、竞争与发展的需要。本文以500W光伏电源逆变器为研究设计对象。使用半桥驱动芯IR2110简化了全桥驱动电路的设计，使用SG3525芯片利用SPWM调制技术实现220V/50Hz正弦稳定输出。具体要求指标如下：(1) 输入电压额定为DCl2V，220V正弦交流输出。(2) 输出功率额定为500W。(3) 欠压、过流保护动作。第一章介绍系统概述，阐述系统的基本结构以及系统设计
9、的基本要求，同时概述SPWM调制技术及H桥逆变电路。第二章详细叙述基于SG3525的SPWM调制电路，并给出部分重要模块的Multisim仿真结果。第三章论述IR2110驱动电路及输出滤波器设计。第四章给出系统调试过程及测试波形。第一章系统设计概述1.1 光伏电源逆变器的基本结构和设计要求1.1.1 系统的基本结构控制电路SPWM调制产生SPWM波，经驱动电路加到H桥上实现全桥正弦逆变。然后经LC滤波，工频升压输出220V交流电。由于是对光伏电源进行逆变，光伏电池电量不足时表现出欠压，这就要求输入欠压保护；输出端带载能力有限，这就要求输出过流保护。对输入输出进行采样，以实现输入欠压保护，输出过
10、流保护。系统基本结构框图如图1-1所示。图1-1 系统框图1.1.2 系统的基本设计要求根据设计要求，光伏电源逆变器的主要性能参数如表1-1所示。表1-1 光伏逆变电源性能参数输入直流电压12V光伏电池指标12V/10Ahx4最大充电能力8.0A输出电压（有效值）220V输出额定电流2.5A频率50Hz1.2 系统电源设计整个系统使用到NE5532集成运放，CMOS 4000系列的逻辑门电路，脉宽调制芯片SG3525以及半桥驱动芯片IR2110等。这些芯片的供电电压全部为+12V、-12V所以利用7812和7912两稳压片提供12V的电压。电源系统原理图如图1-2所示。图1-2 电源系统1.3
11、 逆变电路1.3.1 逆变电路的基本工作原理单相桥式逆变电路为例：S1S4是桥式电路的4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正S1；S1、S4断开，S2、S3闭合时，uo为负，把直流电变成了交流电。改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。阻感负载时，io滞后于uo，波形也不同。t1前：S1、S4通，uo和io均为正。t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，uo变负，但io不能立刻反向。io从电源负极流出，经S2、负载和S3流回正极，负载电感能量向电源反馈，io逐渐减小，t2时刻降为零，之后
12、io才反向并增大。（波形图如图1-3所示）图1-3 逆变电路及其波形举例1.3.2 电压型逆变电路逆变电路按其直流电源性质不同分为两种：电压型逆变电路或电压源 逆变电路，电流型逆变电路或电流源型逆变电路。图1-4电路的具体实现。图1-4 电压型逆变电路举例（全桥逆变电路）电压型逆变电路的特点(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。1.4 SPWM调制技术1.4.1 理论基础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
13、果基本相同。冲量指窄脉冲的面积6，效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同，低频段非常接近，仅在高频段略有差异(如图1-5所示)。图1-5 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波N等分(如图1-6)，可看成N个彼此相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等用矩形脉冲代替，等幅不等宽，中点重合，面积(冲量)相等宽度按正弦规律变化SPWM波形即脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。PWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效，除每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲还必须很窄，这就要求脉波数量很多。脉波数越多，不连续按正弦规律改变宽度的多脉冲电压就越等效于正弦电压。图1-6 用PWM波代替正弦半波1.4.2 单极SPWM调制方式ug1=1 T1通图1-7 单极正弦波PWM调制方式控制电压的分布：（如图1-7，V1，V2为频控臂）当ur0ug2=1 T2通ug2=0 T2断ug1=0 T1断当uruc, ug4=1, ug3=0, T3关断, T4导通ur0uo=0ucuc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号。如io0，V1和V4通，如io0，VD1和VD4通，uo=Ud。2、当uruc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关
