三相逆变器的设计

三相逆变器的设计

专业及班级

自动化0802班

姓

名

孙

永林

指导教

师

王

党树

日

期2011年3月10日

1、国内外研究现状及生产需求状况一、选题依据

随着各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备（如通信电源、电弧焊电源、电动机变频调速器等）都不是直接使用交流电网作为电源，而是通过形式对其进行变换而得到各自所需的电能形式，它们所使用的电能大都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。逆变电源输出波形质量包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强。这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。

当今世界逆变电源应用非常广泛，需求量逐年递增。逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分。逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，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，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使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。2、选题的目的及意义

正因为逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分，所以选择逆变器的设计作为研究课题可以慢慢跨入逆变电源的行业中去深入发展，这是我感兴趣的职业方向，同时我也想在师兄师姐的基础上取得一点突破。众所周知，虽然自关断器件的产生简化了逆变主电路，但它的开关频率和功率仍受一定的限制，于是逆变电源输出波形正弦度仍不是很理想。虽然在控制方法上已经趋于成熟，但有些控制方法实现起来仍很困难。随着开关频率的提高，会引起开关损耗的增加，逆变效率和直流利用率的降低，因此，对逆变电源技术进行深入地研究有很大的现实意义。二、主要设计内容、设计思路及工作流程1.设计内容和设计思路1.1硬件部分设计内容：整流模块（AC—DC）、滤波模块、逆变模块（DC—AC）、保护电路模块、驱动模块。设计思路：将220V交流电经过整流滤波稳压得到15V的驱动电压，用实验室的电源24V直接给逆变电路供电。ARM控制器SPWM信号给TLP350构成的驱动电路，以驱动逆变桥的MOS管，再经过低通滤波器得到较为稳定的三相交流电供给负载，用键盘控制SPWM信号的产生与停止以及频率的增减，显示模块主要显示当前的频率值。三相逆变器的原理框图1．1．1整流滤波模块（AC-DC）

采用不可控型单相全波整流电路,市电220V交流电压经功率变压器降压得到4路12V的交流电,经过不可控型整流桥整流滤波电路后变成16V的直流电，最后稳压输出15V电压。整流滤波模块框图1．1．2逆变模块（DC-AC）

采用全控型MOSFET三相桥式逆变电路。由ARM2131控制器产生SPWM驱动驱动电路，驱动电路触发逆变器的全控型电子开关，逆变输出经过低通滤波器将SPWM波形变换成较稳定的正弦波电压。逆变过程中由于主回路存在布线电感，在开关器件关断的过程中容易出现过电压即尖峰电压，严重时会损坏开关器件，所以需要设置保护电路（缓冲电路）来抑制尖峰电压，而且设置瞬态电压抑制器和快速二极管组成的钳位电路可将电子开关关断过程产生的尖峰电压限制在安全范围内，同时可以减少开关损耗，提高逆变效率。逆变模块框图1.1.3其他模块

保护电路模块采用RCD缓冲电路，驱动模块采用TLP350驱动芯片构成的驱动电路。1.2软件部分（难点和重点)设计思路：

采用嵌入式系统ARM7-2131控制器编写双极性SPWM程序。实现SPWM的软件采样法有两种基本的算法即自然采样法和规则采样法。自然采样法是以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交换点时刻控制开关器件的通断，但是此算法计算繁琐，难以实现控制。规则采样法是一种工程实用法，一般以三角波作为载波，其原理是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而产生SPWM信号。1．2．1ARM2131控制器的PWM简介

LPC2131的脉宽调制器是建立在PWM专用的标准定时器之上，通过匹配功能及一些控制电路来实现PWM输出。

PWM模块有6个通道，7个匹配寄存器，可实现6个单边沿控制PWM输出和3个双边沿控制PWM输出，完全可以满足三相逆变器驱动所需要的3路SPWM波形。PWM定时器对外设时钟进行计数，在到达指定的定时值时可选择产生中断或执行其他动作。独立控制上升沿和下降沿位置的能力使PWM可以应用于很多领域。1.2.2软件主程序流程图软件主程序简要说明:

系统一开始进行初始化，这部分包括系统初始化、中断初始化和定时器初始化。系统初始化主要是管脚功能选择，管脚分配，管脚输入和输出功能选择等，而中断初始化主要包括中断的使能，中断模式的选择，中断通道分配，设置中断入口地址等。在初始化结束后启动定时器，调用默认的TABLE，再对键盘进行扫描，当有中断请求时调用中断子程序，并刷新显示。[1]沈锦飞.电源变换应用技术[M].北京：机械工业出版社，2007.[2]王兆安，黄俊.电力电子技术(第4版).北京：机械工业出版社，2002[3]陈坚.电力电子学—电力电子变换和控制技术（第2版）.北京：高等教育出版社，2004[4]周志敏录海华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例.北京:电子工业出版社，2010.[5]刘凤君.正弦波逆变器[M].北京:科学出版社，2002.[6]何此昂，周渡海.变压器与电感器设计方法及应用实例.北京：人民邮电出版社，2011.[7]刘凤君.工频与高频三相绿色UPS电路.北京：电子工业出版社，2011.[8]刘凤君.现代逆变技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

三、参考文献四、毕业设计(论文)工作进度安排第4周（3.12—3.18）：细化开题报告的各模块，继续查阅资料。第5周（3.19—3.25）：整体设计，给元器件选型，购买元器件。第6—7周（3.26—4.8）：焊接主电路和驱动电路，并购买专门的三相SPWM产生芯片对电路板进行调试。第8—11周(4.9—5.6)：研究SPWM的原理，并根据