【正文】 言 6 單相全橋逆變器的基本原理 6 單周期控制在buck變換器中的應(yīng)用實(shí)例 8 基本buck變換器 8 單周期控制 9 雙極性調(diào)制方式下的單周期控制技術(shù)基本原理分析 11 本章小結(jié) 14第3章 單相全橋逆變器單周期控制的參數(shù)與器件設(shè)計(jì) 15 引言 15 主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 15 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 15 濾波器參數(shù)選擇 17 負(fù)載電阻的參數(shù)設(shè)計(jì) 19 主開關(guān)(MOSFET)的選擇 19 驅(qū)動(dòng)器件的設(shè)計(jì) 19 控制電路參數(shù)設(shè)計(jì) 20 積分器參數(shù)設(shè)計(jì) 20 比較器設(shè)計(jì) 21 觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 21 雙向電子開關(guān)的設(shè)計(jì) 22 本章小結(jié) 22第4章 基于單相全橋逆變器的單周期控制的仿真結(jié)果 24 引言 24 電路仿真軟件PSIM的概述 24 PSIM的仿真環(huán)境的介紹 24 PSIM仿真軟件的運(yùn)行階段 24 PSlM仿真軟件的電路結(jié)構(gòu) 25 系統(tǒng)仿真 26 仿真結(jié)果 27 本章小結(jié) 30結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 33致謝 35附錄1 36附錄2 41附錄3 46附錄4 51附錄5 64III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的不斷成熟，滑模變結(jié)構(gòu)控制，重復(fù)控制等新的控制方式克服了常規(guī)控制策略對(duì)電路模型的精確性以及電路參數(shù)的非線性與時(shí)變性的依賴的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)的可靠性和精度得到不斷提高，控制系統(tǒng)魯棒性和對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力不斷增強(qiáng)。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ √ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容掌握單周期控制的基本原理，并將其應(yīng)用于單相全橋逆變電路。掌握PSIM仿真軟件，仿真實(shí)現(xiàn)單相空間矢量調(diào)制的單相全橋逆變器。但是，這些先進(jìn)的控制策略在實(shí)現(xiàn)上都存在著不同的問題，如變結(jié)構(gòu)滑?？刂乒逃械亩墩馃o法保證系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，為了避免抖震而采取措施又增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；重復(fù)控制的響應(yīng)速度比較慢，同時(shí)重復(fù)控制需要對(duì)負(fù)載連續(xù)自動(dòng)的辨識(shí)和一個(gè)非常復(fù)雜的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的一門科學(xué)。逆變器廣泛用于工業(yè)、交通、能源、航空航天等領(lǐng)域。另外，交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。變壓器繞組匝數(shù)和有效橫截面積之積與變壓器繞組中所加電壓的頻率成反比關(guān)系，如果能將變壓器繞組中所加電壓的頻率大幅度提高，則變壓器的體積和重量會(huì)明顯減小，當(dāng)然也節(jié)約了制作變壓器的銅材和磁性材料。然而逆變技術(shù)作為一種重要的電能變換技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速、不間斷電源、新能源開發(fā)等領(lǐng)域。PWM 控制技術(shù)的發(fā)展主要集中在 4 個(gè)方面：（1）如何提高逆變器直流側(cè)電壓利用率；（2）在輸出基波電壓不變的前提下，如何盡可能消除諧波；（3）如何改善控制性能；（4）如何改變諧波頻譜分布。又可以充分利用數(shù)字控制在實(shí)時(shí)通訊和狀態(tài)監(jiān)測等方面的優(yōu)勢。69 第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)相關(guān)原理 第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)相關(guān)原理 引言 單周期控制是一種非線性控制技術(shù)，該控制方法的突出特點(diǎn)是：無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量(通常為斬波波形)的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有效的抵制電源側(cè)的擾動(dòng)，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差，也沒有暫態(tài)誤差，這種控制技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的場合，比如脈寬調(diào)制、諧振、軟開關(guān)式的變換器等。當(dāng)給IGBT加關(guān)斷信號(hào)時(shí)，IGBT一定關(guān)斷，但給IGBT加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，IGBT不一定就能導(dǎo)通，IGBT是單向器件，能否導(dǎo)通取決于流過負(fù)載的電流是否與IGBT的導(dǎo)通電流方向一致。在阻感負(fù)載時(shí)，可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種調(diào)壓方式叫做移相調(diào)壓。因?yàn)镾1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。當(dāng)開關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，二極管D截止，其兩端電壓Vd等于直流輸入電壓Vg，即Vg=Vd：當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，二極管D導(dǎo)通，其兩端電壓Vd=0。如圖5所示。由于這種控制方式是在假定電路處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件下而推出的控制方法，所以又稱做為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)控制QSSC(Quasi—Steady—State Control)。窄脈沖發(fā)生器具體是由一個(gè)RS觸發(fā)器和一個(gè)延時(shí)器組成。同時(shí)Q的下降沿產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖來復(fù)位積分器。圖28 控制參考電壓Vref為正和負(fù)的兩種穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形圖通過這樣的控制，圖28中在T1T3內(nèi)開關(guān)變量Vp的平均值與Vref成正比。 本章小結(jié)本章先介紹了單相全橋逆變器的基本原理，再簡單介紹了buck變換器的工作過程及單周期控制技術(shù)在buck變換器中的應(yīng)用，引出了一種新型的控制方式——單周期控制技術(shù)的基本原理，并將在雙極性調(diào)制方式下運(yùn)用在單相全橋逆變器之中，從而有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷，同時(shí)也不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償，證實(shí)了單周期控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。在逆變電源中，雖然加入初衷是為了衰減諧波，但 LC 濾波器的加入也給逆變電源帶來了一些負(fù)面的影響，主要表現(xiàn)如下：1）增大了逆變器開關(guān)器件的負(fù)擔(dān)；2）影響逆變電源的帶負(fù)載能力，當(dāng)直流側(cè)欠壓或者負(fù)載過大時(shí)，輸出電壓可能達(dá)不到額定值，即使能達(dá)到額定值，輸出電壓也可能因?yàn)檫^調(diào)制而出現(xiàn)低次諧波畸變；3）影響逆變電源系統(tǒng)的輸出阻抗，如果 LC 參數(shù)選擇不當(dāng)，使系統(tǒng)的輸出阻抗過大，不僅會(huì)使逆變電源對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性減小，而且會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性變壞。圖31 τ型濾波器本次設(shè)計(jì)中，f取50Hz，取開關(guān)頻率20kHz，因此的取值可以是1000Hz。MOSFET允許的最大電壓考慮到輸入側(cè)直流電源的電壓E（400V）～2倍裕量，即為400*2=800V。圖33 LM358引腳圖 比較器設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用的比較器為LM339，如圖所示。 電路仿真軟件PSIM的概述 PSIM的仿真環(huán)境的介紹PSIM的全稱為Power Simulation，意為電力電子仿真軟件。不同的階段，有不同的文件類型:PSIM電路示意性程序的輸入文件類型為*.Sch。 仿真參數(shù)如下：輸入直流電壓：V=400V輸出濾波電感：Lo=輸出濾波電容：Co=18uf輸出電阻：Ro=40積分電阻：Ri=積分電容：Ci=開關(guān)頻率：=20kHz仿真電路如圖所示，該電路的關(guān)鍵器件在于積分器和復(fù)位單元。圖45 給定信號(hào)為正時(shí)的積分曲線圖46 給定信號(hào)為負(fù)時(shí)的積分曲線如圖47為輸出交流正弦波形圖。圖48 30ms時(shí)刻輸入電壓突變300V后輸出電壓波形圖 本章小結(jié)本章根據(jù)第二章中控制參考電壓為正和負(fù)兩種情況時(shí)開關(guān)變量被積分器積分值波形的不同形式，介紹了本電路中V3與V4的跟隨關(guān)系的基本原理內(nèi)容并給出相應(yīng)仿真波形圖，并給出了輸出電壓的正弦波形式，解釋了其直流偏量的影響。脈寬調(diào)制逆變技術(shù)是實(shí)現(xiàn)逆變器輸出正弦化的有效方法。（3） 在理論分析中忽略了電感兩端的電壓，所以電流有滯后電壓的現(xiàn)象，而且隨著電感的增大或者是負(fù)載的加重，滯后角度越大。單周控制技術(shù)是一種通用的控制方法，取得了良好的控制效果，為現(xiàn)代開關(guān)電路控制打開了方便之門。感謝***老師和教研室的其他老師在課題期間，對(duì)我無私的幫助，在此向他們表示我誠摯的謝意。這種方法限制了開關(guān)非線性系統(tǒng)的功能。根據(jù)單周控制原理，用兩個(gè)積分器交互工作解決了積分器的復(fù)位問題；再用增加直流偏移量解決實(shí)際電路中遇到的電壓測量問題。Ming Wang OneCycle Controlled HalfBridge SeriesResonant DC to AC Inverter with Reduced Conduction Loss．IECON proceedings，pp：786791，1997 【4】李宏 電力電子技術(shù)導(dǎo)論 江蘇機(jī)械制造與自動(dòng)化，2001，(3)：5—8 【5】李澤元 21世紀(jì)的電力電子技術(shù) 電信技術(shù)，1999，(11)：1．3 B．K Bose．PowerElectronicsA TechnologyReview．Proceedings of IEEE，1992，80(8)：l303一1334 【6】J．C．Read．The Calculation of Rectifier and Converter Performance characteristics．Journal of IEE，1945，92(2)：495—590 【7】王兆安，劉進(jìn)軍 電力電子裝置諧波抑制及無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展電力電子技術(shù)，1997，31(1)：100—104 【8】王兆安，劉進(jìn)軍 諧波抑制和無功補(bǔ)償 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2I)G(E3638 4041 45 【9】張純江，張秀紅，趙清林 單周期控制單相功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)．電力電子技術(shù)．已錄用 【10】賈新章．OrCAD／Pspice 9實(shí)用教程 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999：81—203 【11】李序葆，趙永?。娏﹄娮悠骷捌鋺?yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：382384 【12】吳兆麟 電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真 浙江：浙江大學(xué)出版社。 ，快速抑制了輸入側(cè)的擾動(dòng)，電源的輸出不受輸入的影響，使得系統(tǒng)具有快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。三、發(fā)展趨勢： 單周期控制作為一種新型的控制方式，由于響應(yīng)速度快、自適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在各種電路拓?fù)渲械玫搅藦V泛地應(yīng)用。五、主要參考文獻(xiàn)： 【1】 Zongbo Hu，Bo Zhang ，Weihua Deng ．Feasibility study on one cycle control for PWM switched converters，Power Electronics Specialists 2004，IEEE 35th Annual ，June 2004 ， ， ， pp ：33593365 ． 【2】 R S．Lai and IC D．T Ngo．A PWMMethod for Reduction of Switching Loss in a FullBridge Inverter．IEEE APEC． pp：122本次設(shè)計(jì)的仿真軟件采用了psim仿真軟件，在軟件中將設(shè)計(jì)的電路圖構(gòu)建出來，并進(jìn)行了多次參數(shù)試湊設(shè)計(jì)。積分器在復(fù)位之后將從零開始積分。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，開始下一個(gè)周期。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的基本設(shè)計(jì)思路是將單周期控制的相關(guān)原理運(yùn)用于單相全橋逆變電路中。Ming Wang One—Cycle Controlled HalfBridge Series—Resonant DCto AC Inverter with Reduced Conduction Loss．IECON proceedings，pp：786791，1997 【4】李宏．電力電子技術(shù)導(dǎo)論．江蘇機(jī)械制造與自動(dòng)化，20()1，(3)：5—8 【5】李澤元．21世紀(jì)的電力電子技術(shù)．電信技術(shù)，1999，(11)：1．3B．K Bose．PowerElectronicsA TechnologyReview．Proceedings of IEEE，1992，80(8)：l303一1334 【6】J．C．Read．The Calculation of Rectifier and Converter Performance characteristics．Journal of IEE，1945，92(2)：495—590 【7】王兆安，劉進(jìn)軍．電力電子裝置諧波抑制及無功補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)展．電力電子技術(shù)，1997，31(1)：100—104 【8】王兆安，劉進(jìn)軍．諧波抑制和無功補(bǔ)償．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2I)G(E3638 4041 45 【9】張純江，張秀紅，趙清林．單周期控制單相功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)．電力電子技術(shù)．已錄用 【10】賈新章．ORCAD／Pspice 9實(shí)用教程．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999：81—203 【11】李序葆，趙永健．電力電子器件及其應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：382384 【12】吳兆麟．電力電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真．浙江：浙江大學(xué)出版社。采用數(shù)字控制自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)單周期控制可以很方便的實(shí)現(xiàn)積分復(fù)位和保證控制器的參數(shù)不隨時(shí)間和環(huán)境的變化而變化。目前己經(jīng)通過了5KW的試驗(yàn)樣機(jī)測試。82 Conference. 【15】. Schwarz, Analog Signal to discrete Time Interval Converter (ASDTIC), US Patent 3659184, 1972. 六、導(dǎo)師意見 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日七、審核意見： 審查結(jié)果： 通過； 完善后通過；　　　未通過 負(fù)責(zé)人（簽字）：　　　　年　　月　　日附錄2 燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題名稱：單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)研究