【正文】 頻電源的控制電路主要由以下幾個部分構成：控制電源、單片機、 PWM 脈沖信號產(chǎn)生電路等部分。當各脈沖的幅值相等，而寬度是按照正弦規(guī)律變化的 PWM 波形稱為 SPWM 波形。 SPWM 波形生成方法的分析 SPWM 控制方式就是對逆變電路功率器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波。但由于三角波與正弦波交點有任意性，脈沖中心在一個周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達式是一個超越方程， 計算繁瑣，難以實時控制，用查表法將占用大量內(nèi)存，調(diào)速范圍有限，一般不采用。 為 ： )s i n1(4)(2139。 c) 等效面積法 把一個正弦半波分為 N 等分，每一等分的正弦曲線玉橫軸所包圍的面積都用一個與此面積相同的等高矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點與正弦波每一等分的中點重合，這樣，由 N 個等幅而不等寬的矩形脈沖所構成的波形就與正弦半波等效。一般來說，采用微機處理器產(chǎn)生 SPWM 信號，可以使調(diào)制度大于 1。但又不是固定其中一個橋臂始終為低頻 (輸出基頻 )，另一個橋臂始終為高頻（載波頻率 )，而是每半個輸出電壓周期切換工作，即同一個橋臂在前半個周期工作在低頻， 而在后半周則工作在高頻，這。這就要求正弦調(diào)制波幅值不能超過三角載波的峰值，并用調(diào)制度描述這一關系： corrterVVM sin? （ 54） 式中： sinV —— 正弦調(diào)制波幅值； corrterV — — 三角載波的峰值。 不對稱規(guī)則采樣法采樣形成的階梯波比對稱規(guī)則采樣形成的階梯波更接近于正弦波，脈寬調(diào)制的結果更接近于自然采樣法，逆變器輸出電壓基波分量更大?？梢钥闯觯?這種規(guī)則采樣法所得到的脈沖寬度 pt 和用自然采樣法所得到的脈沖 寬度非常接近。正弦波在不同相位角時其值不同，因而與三角波相交所得的脈沖寬度也不同。這種電路通常稱 PWM(Pulse Width Modulation)型逆變電路。 PWM 波形可分為等幅 PWM 波和不等幅 PWM 波兩種。電阻 R的作用是使柵極積累電荷泄放，其阻值可取 ? ；兩個反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管 V V2 是為了防止柵源電壓尖峰損壞 IGBT。 過壓保護 IGBT 在由導通狀態(tài)關斷時，電流 I 突然變小，由于電路中的雜散電感將在IGBT 的 C、 E 端產(chǎn)生很高的浪涌尖峰電壓，加上 IGBT 的耐過壓能力較差，這樣會使 IGBT 擊穿。 IGBT 正常時，輸入信號經(jīng)光耦合接口電路，再經(jīng)驅(qū)動級功率放大后驅(qū)動 IGBT。 M57962L驅(qū)動電路的簡介 在本系統(tǒng)的逆變裝置中，使用了日本三菱公司的驅(qū)動模塊 M57962L，它由光電耦合器、接口電路、檢測電路、定時復位電路以及關斷電路等組成。在任何情況下，開通時的柵極驅(qū)動電壓應該在 12V～ 20V 之間。在本系統(tǒng)的電路中采用電容濾波電路，將濾波電容 C 直接并聯(lián)在橋式整流電路后。在 ru 的正半周， V1 保持通態(tài)， V2 保持斷態(tài)，當 ru cu 時使 V4 導通， V3 關斷， ou = dU ；當 ru cu 時使使 V4關斷， V3 導通， ou =0。由于負載電流比電壓滯后，因此在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。 IGBT 的額定電流 eI 是 25℃條件下的額定值： eI = 9 6 9 ???? I A。 IGBT 通過周期性的導通和關斷對電源的輸出進行控制，從而得到所期望的電源的外特性和動特性。 當 RC 的值選擇適當，且整流內(nèi)阻較小時，整流輸出電壓約為 ～ 輸入電壓。 按 最 大 輸 入 電 壓 計 算 整 流 橋 二 極 管 耐 壓 值 ， 所 以%)51( a x ????? VU d V。據(jù)此即可確定 ? 。將 0)( ??di 代入上式中（ 15），得 RC??? ??? )tan ( （ 36） 電容被充電到 ???t 時， )s in (2 22 ?? ??? Uuu d ， VD1 和 VD4 關斷。 變頻電源的工作原理 本文設計的變頻電源是由 AC— DC— AC 部分組成的，即采用的是交 — 直 — 交方式，其主要工作原理如下：首先把 50HZ、 220V 的交流電通過整流、濾波電路轉(zhuǎn)換成直流電，然后再用單相橋式逆變電路把直流電轉(zhuǎn)換成單相交流電，在 逆變過程中逆變出的交流電的頻率是可以控制的，其具體算法主要采用 SPWM（正弦脈寬調(diào)制）。由于系統(tǒng)強電部分和弱點部分要實現(xiàn)電氣土的隔離，所以中間需要加上光耦隔離。 (b)整流電路。 交 — 直 — 交變頻裝置中，當中間的直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波時，直流電壓波形比較平直，在理想情況下是一個內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或階梯波，而電流波形不規(guī)則，有許多毛刺。這種方法穩(wěn)定性好，精度高，又能很方便得控制頻率和幅值。采用 MOSFET 或 IGBT 時，開關頻率可達10kHz以上，輸出波形已 經(jīng)非常逼近正弦波，因而又稱為正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM) 逆變器，成為目前最有發(fā)展前途的一種裝置形式。 如圖 a中所示的這種裝置，調(diào)壓和調(diào)頻在兩個環(huán)節(jié)上分別進行，兩者要在控制電路上協(xié)調(diào)配合，其結構簡單，控制方便。交 — 直 — 交變頻器基本上由整流器、濾波器和逆變器 3 大部分組成。 常用的交 — 交變壓變頻裝置輸出的每一相都是一個兩組晶閘管整流裝置反并聯(lián)的可逆線路。 逆變器有著廣泛的用途，它可用于各類交通工具，如汽車、各類艦船以及飛行器，在太陽能及風能發(fā)電領域，逆變器有著不可替代的作用。 課題研究的意義 近年來，變頻電源已成為電源系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接關系到整個系統(tǒng)的安全性和可靠性指標。因為只有容易操作的產(chǎn)品才能夠不斷獲得新的用戶，并進一步擴大市場，所以今后的新型變頻電源將更加容易操作。這些單片機的性能不能滿足實時信號處理的需要，因此這些制 動單元的功能較少，而且其大部分功能由硬件電路實現(xiàn)，造成硬件電路復雜、維護工作量大、輸出電能質(zhì)量不夠高等缺點。三相交流電首先通過二極管不控整流橋得到脈動直流電，再經(jīng)電解電容濾波穩(wěn)壓，最后經(jīng)無源逆變輸出電壓、頻率可調(diào) 的交流電給負載。就內(nèi)部結構而 言， MOSFET 和 IGBT 都是功率集成器件，模塊化技術的應用大大提高了電路功率密度和可靠性。工作頻率達到幾十千赫至數(shù)百千赫，低壓管甚至可達兆赫。 the closed loop control。畢業(yè)設計 單相變頻電源設計 專業(yè) 電氣工程及其自動化 學生姓名 倪玲 班級 B 電氣 041 學號 0410610121 指導教師 陳榮 完成日期 2021 年 6 月 17 日 單相變頻電源設計 摘 要 ：隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，變壓變頻電源已被廣泛應用在各種領域中，與此同時，系統(tǒng)對變壓變頻電源的輸出電壓波形質(zhì)量也提出了越來越高的要求。 frequencyvariable power supplier。比較而言，功率場效 應晶體管 MOSFET 是一種電壓控制型自關斷器件，具有驅(qū)動功率低、安全工作區(qū)寬 (幾乎不存在二次擊穿問題 )、漏極電流為負溫度特性 (易并聯(lián) )、輸入阻抗高等優(yōu)點，同時又是一種高頻器件，能夠在高頻硬開關環(huán)境中工作。 除了器件本身性能的不斷提高，器件模塊化和集成技術也相繼發(fā)展起來。 目前應用最為廣泛的是通用變頻器，通用變頻器大都為電壓型交 — 直 — 交變頻器。 目前有些變頻器己經(jīng)有了能量回饋制動單元，但這些制動單元一般采用單片機控制，如 51 系列單片機。 隨著變頻電源市場的不斷擴大，如何進一步提高變頻電源的易操作性，使普通的技術人員甚至非技術人員也能很快地掌握變頻電源的使用技術已經(jīng)成為廠家必須考慮的問題。雖然因為價格和控制技術等方面的原因目前采用 PWM 整流電路的變頻電源尚未得到推廣，但是，隨著變頻技術的發(fā)展和人們對環(huán)境問題的重視，不斷減少變頻電源對環(huán)境的影響，直至推出真正的無公害變頻電源。 小型逆變器還可利用汽車、輪船、便攜供電設備，在野外提供交流電源 。 A C A CV V V FC V C F~ 5 0 H Z交 — 交 變 壓 變 頻 圖 21 直接（交 — 交）變壓變頻裝置 這種裝置只有一個環(huán)節(jié)，就可以把恒頻恒壓 (CVCF)的交流電源變換成 VVVF電源，因此，稱之為直接（或交 — 交）變壓變頻裝置。 b）間接變壓變 頻裝置則是先將工頻交流電通過整流器變成直流電，再經(jīng)過逆變器將直流電變換成可控頻率的交流電，因此又稱為有中間直流環(huán)節(jié)的變壓變頻裝置，或交 — 直 — 交變壓變頻裝置。如圖 23所示。 PWM逆變器需要全控式電力電子器件，其輸出諧波減少的程度取決 PWM 的開關頻率，而開關頻率則受器件的開關時間限制。 數(shù)字式是在微控制器的作用下，通過一定的方法，根據(jù)所設定的周期逐點輸出正弦波的每個樣值，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換，從而形成連續(xù)平滑的波形。對于交一直一交變頻裝置，兩類變頻器的主要區(qū)別在于中間直流環(huán)節(jié)采用什么樣的濾波器。做為控制器的單片機是整個控制系統(tǒng)的大腦，它要完成對取樣反饋回來的電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，決定 PWM 產(chǎn)生器 SG3525 輸出 PWM 控制信號的任務，并通過顯示電路顯示出系統(tǒng)的最新運行狀態(tài)。根據(jù)單片機提供的輸出 PWM 控制波形的信息，產(chǎn)生相應的驅(qū)動信號?？刂齐娐钒▎纹瑱C系統(tǒng)、驅(qū)動保護電路、信號檢測電路以及顯示電路。 將 2u 代入并求解得 )c o s (2 2 ??? ?? tCUiC （ 33） 而負載電流為 )s i n(2 22 ?? ??? tRURuiR （ 34） 于是 )s i n(2)c os (2 22 ????? ?????? tRUtCUiii RCd （ 35） 設 VD1 和 VD4 的導通角為 ? ，則當 0?t? 時， VD1 和 VD4 關斷。前者等于該時刻 2u 導致的絕對值，而后者等于該時刻 du 與 RC? 的比值。依據(jù)輸入最高電壓時輸出最大電流的要求來確定其電壓與 電流等級，并預留 ～ 2 倍的電壓和2～ 3 倍的電流裕量。為解決以上問題，則應根據(jù)負載電阻和輸出電流的大小來合理地選擇濾波電容 C的值 。在電壓控制型器件中， IGBT 具有優(yōu)良的性能，它集 MOSFET 和 IGBT 的優(yōu)點于一身：既有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定好和驅(qū)動電路簡單的優(yōu)點，又有通態(tài)電壓低、耐壓高的優(yōu)點，在此特選用 IGBT 作為功率管子。 b)IGBT 的額定電流 eI 電源的額定輸出電流 Ion為 1A，由此可知流過每個 IGBT 的平均電流為 I=1A。 負載+V d cZ 1Z 2Z 3Z 4R 1R 2R 3R 4C 1C 2C 3C 4C fCDL fAB 圖 33 單相全橋正弦逆變電路 具體的控制規(guī)律如下：在輸出電壓 ou 的正半周，讓 V1 保持通態(tài)， V2 保 持斷態(tài)， V3和 V4交替通斷。在 ru 和 cu 的交點時刻控制 IGBT 的通斷。濾波電路的主要任務是將整流后的單向脈動直流電 壓中的紋波濾除掉，使其變成平滑的直流電。 4 功率器件的驅(qū)動和保護電路設計 對 IGBT 驅(qū)動電路的主要要求如下： a)柵極驅(qū)動電壓 IGBT開通時，正向柵極電壓的值足夠使 IGBT產(chǎn)生飽和，并使通態(tài)損耗減至最小，同時也應限制短路電流和它所帶來的功率應力。為解決這個問題，目前市場上已推出了一些專用集成驅(qū)動電路模塊，使得電路設計簡單、可靠。若過載或短路， IGBT 的集電極電位升高，經(jīng)外接二極管流入檢測電路的電流增加，柵極關斷電路動作，切斷 IGBT 的柵極驅(qū)動信號，同時在 8 腳輸出電平“過載 /短路”指示信號。產(chǎn)生 過流的原因大致有：晶體管或二極管損壞，控制與驅(qū)動電路故障或干擾等引起誤動、輸出線接錯或絕緣損壞等形成短路、輸出端對地短路等。 除了上述 減少 CE 之間的過電壓之外，為防止柵極電荷積累或柵源電壓出現(xiàn)尖峰損壞 IGBT、可在 CE之間設置一些保護元件，電路如圖 44 所示。 SPWM 控制技術 PWM( Pulse Width Modulation)控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術，即通 過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形。采用脈寬調(diào)制逆變電路，可同時解決調(diào)壓和改善波形的雙重任務。采樣法又有如下幾種： a) 自然采樣法 自然采樣法就是在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關器件的通斷，從而生成 SPWM 波形，如圖 51 所示。 對稱規(guī)則采樣法 在采樣時，每個脈沖的中點和三角波中點（負峰點）重合，即使每個脈沖的中點都以相應的三角波中點為對稱，使計算大為簡化，如圖 52所示，在三角波的負峰時刻 Dt 對正弦調(diào)制波采樣而得到 D 點，過 D點作一水平直線和三角波分別交于 1和 2點，在 1點的時刻 1t 和 2點的時刻 2t 分別控制功率開關器件的通和