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基于單片機(jī)的控制的太陽(yáng)能逆變電源研究(留存版)

  

【正文】 成磷以掰攘攘邀子電鼯、數(shù)字瞧子電路或?qū)l叩拇笙<? 毫鼴蕊黲等疆{擎實(shí)凌,毽掰塔趲徽墅謗霧撬逶澄敬耱釜或SPWM滾蓐。這就要求參考信號(hào)的幅值不能超過(guò)三角載波峰慎的某一百分 數(shù)(稼為藜要孬努數(shù)).一般定義調(diào)裁凄(Modulation Index)為 M。等167。軟磁鐵氧體有錳鋅鐵 氧髂秘鐐鎊鐵氧俸秀大類(lèi)。 變服器是逆變電源中的核心元件,許多其他主電路元件的參數(shù)設(shè)計(jì)都依賴(lài)于 交壓器馳參數(shù),因此首先蓑贏設(shè)計(jì)交壓器??梢允埂鳎隆?。 (3)繞組匝數(shù)選定鐵心后,便可以計(jì)算繞組匝數(shù)。 167。 圓盡霹憝躐,l、繞組闖熬絕緣蓐度。 一般選取LC濾波器的諧振頻率面。33。:—生≈10.476mm Acl。計(jì)時(shí)器不叛她累攘纛NMAX, 然磊開(kāi)始躐計(jì)數(shù)。與蕈斜坡操作相院,雙斜坡操作可獲褥的最大頻率要小。使用閑定的TOP值嚼,向任意OCRlx寄存囂寫(xiě)入數(shù) 據(jù)時(shí)來(lái)使用的位將嬲蔽為”仃’。 7 lCLOCK¥ENERATOR l ; SHlF下 SC鞋 SS SeK SS 彗NA8i_E : 糊3,8SPI主撬一獲捉}l冬至造 Fig 3.8 the interlinkage of master and slave 第3章遞交系統(tǒng) 表3.1 SPI;J]腳定義 Tab3.1 thepinsofSPl ;}腳 方穗,SPI主檻 磁戶定義 輸入 用戶定義 用戶定義 蠢自,SPI姨楓 輸入 用戶定義 輸入 潲Sl MlSO SCK SS 輸入 SPI系統(tǒng)茲發(fā)送方翔袋謝一個(gè)緩沖器,麗譙接牧方淘有兩個(gè)緩j巾器。謄終予襁經(jīng)修 正模式時(shí)PWM頻率可由如下公式獲得: 10Ctta.eCi'8vM?;蟆蓿谐觯希茫遥桑粱颍桑茫遥? 定義,在OCRlx寄存器通過(guò)雙緩沖方式得到熙新的同一個(gè)時(shí)鐘周期里OCIA或ICFl 標(biāo)恚黌位。 筠16稼定時(shí)器,計(jì)數(shù)器 真最的16位設(shè)計(jì)(即允許16位的PWM) ?2個(gè)獨(dú)立的輸出比較單元 載緩冷靜輸密汔較寄{掌器 一個(gè)輸入搪捉葷元 輸入搪鼴噪聲辯裁囂 基于萃冀壤控裁的太辯裁逆變電源矯究 比較匹配發(fā)生時(shí)清除寄存器(自動(dòng)重載) 5E予撓稼{孛,穰袋蠶確戇PwM 可變的PWM周期 顙攀發(fā)生器 ?外部事件計(jì)數(shù)器 ?4個(gè)獨(dú)立瓣中額濺(TOVl、OCFlA、OCFlB每ICFI) SPWM波產(chǎn)生采用16位定時(shí)器阱數(shù)器的工作模鼗10一榴位修越PwM摸式: 裰位修蒸溯模式《wGMl3:o:l、2、3、10竣11)秀曩戶提供了~令獲褥毫精 度的、相餓準(zhǔn)確的PWM波形的方法。在一般戇爨較埝凄模式節(jié),警詩(shī)辯器茬轟lAx 計(jì)數(shù)時(shí)若發(fā)生了T‘烈誦與OCR0的匹配,OC0將漪零為低電警;褥在計(jì)時(shí)器徒 BOTTOMH"數(shù)對(duì)菪發(fā)囊TTCNT0與OCR0嫠J囂懿,OC0褥囂霞為籬電警。.z2一1.87匝 結(jié)合選取的鐵心,經(jīng)反復(fù)繞制及實(shí)驗(yàn)得到實(shí)際變壓器為初級(jí)繞組匝數(shù)為9匝, 次級(jí)匿鼗為234疆。目前,沒(méi)有具體 的公式用于計(jì)算濾波電感的值,多憑經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)選取。 表蘧餐來(lái)好豫LC濾波參數(shù)越大,系統(tǒng)輸出波形戇好。而且過(guò)大的漏感還 會(huì)造成蠢空磁豹損失。 (4)繞組導(dǎo)體截面積搬據(jù)流過(guò)每個(gè)繞組的電流值和預(yù)先選定的電流密度,即 可計(jì)算出繞組導(dǎo)體截面積A。—繞組往鐵心窗口中的填充系數(shù)。譙一個(gè)兩蘩內(nèi),一次繞綴蠹囂士一個(gè)單囪躲洚毫壓,磁心擎囪聚磁,磁感應(yīng)強(qiáng) 度在B。因此,相對(duì)磁 導(dǎo)率為2000左右的材料,正作頻率在300kHz以下;頻率在500kHz~1MHz時(shí), 相對(duì)磁鼯率為1000左右。衡量軟磁材料的指標(biāo)主要有飽和磁逶 密度、損耗、相對(duì)磁導(dǎo)率及溫度特性等。=百2i-1n一爭(zhēng) 其終止相位角為 9,+三s;=ZNi-_墜l囂+三s; 將起始和終止相位角代入U。因此本文采用的全橋逆變控制方式為單極性 第3章逆變系統(tǒng) SPwM控制。1遞交主邀黲輻棼黼 獠3,1 the topologyofthe lnveaer 3.3邀巍控制方式瑚?齜刪 嬲予逆變電路要求輸淺啦愿先正弦波電聰。6囂示: EA ⅥN 嘲2.6蓄電池兩階段式慨廄充電特性 Fi92.6doublephasesinvariablevoltagecharge characteristicof storagecell 蘩瞧縫充電挖裁凌程潮熱下: 基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能逆變電源研究 圖2.7蓄電池充電控制流程 Fig 2.7 the flow chflt ofstorage cell charge 實(shí)際試驗(yàn)中Boost電路圖2.8如下所示:電路主體由太陽(yáng)能電池板,功率 MOSFET管G0,二極管D1,Ll,Cl,R和蓄電池構(gòu)成,即是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的升壓斬波 器。故稱(chēng)它為升 壓變換器,工作中輸入電源供電的電流是連續(xù)的,但流經(jīng)二極管D,的電流卻是脈 10 基于單片機(jī)控制的太陽(yáng)能逆變電源研究 動(dòng)鶼,由手有c熬存在,負(fù)載R土毫滾l。 Boost主電路拓?fù)淙鐖D2.4所示,由太陽(yáng)能電池組件、電感、開(kāi)關(guān)管、二極管、 電容器和負(fù)載構(gòu)成。 我國(guó)還沒(méi)有用于太陽(yáng)姥光鉸發(fā)電系統(tǒng)黲專(zhuān)用蓄電灌,大多餿耀零援的鉛酸蓄 毫漶。 2.2薷電池及麒充電特性。:正負(fù)極間為短路狀態(tài)時(shí)流過(guò)的電流。為 光生電流,正比于太陽(yáng)能電池的面積和入射光的輻照度;I。 褰頻磁性元{孚茲發(fā)震毽怒褒頹逛力奄子按術(shù)黲一令重要方瑟,蠢警覆磁蕊、平囂 交囂囂技術(shù),集成磁元傳,用微熱工技米掰制≥&赫級(jí)高頻交換器豹磁元件等研究 成果。一魑新的控制方法,如自適 應(yīng)、模糊控制、復(fù)合控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及各種調(diào)制策略得到廣泛地應(yīng)用,專(zhuān) 溺繁成控制芯冀豹瓣毽,使遂燮電源動(dòng)態(tài)程縋有禳大提離,龜籍氌大襁度籬倦。并嘲怒光伏發(fā)電發(fā) 髏戇簸會(huì)濺方彝。在中國(guó),太陽(yáng)麓資源較好的域 暇占國(guó)土面積2/3以上,主聚集中在西部地區(qū),尤其是酒北和青藏商原。 of AVR microprocessor named ATmegal6Lto uses double core control the inverter,the two MCU make up of master/slave model.T1le inverter sin瓔e polarity SPWM to modulate the sine wave signal,devises double dosed loops of to voltage and current feedback control the output voltage steadily.The thesis introduces the principle and configuration of double closed loops of voltage and current feedback detailedly,and sets up the continuous mathematics former and the discrete m撼helnal{csformeroffullbridgeconverter'sstatusspace。微笑著去面對(duì)吧,你會(huì)感到人生是那樣溫馨。結(jié)合樣機(jī)試驗(yàn),得到輸出電壓正 弦度商、穩(wěn)定性好,負(fù)載突變時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度得到火大提高,符會(huì)了設(shè)計(jì)目 豹。世界各圈都紛紛提出能源效率革命和清潔能 澈葷鑫,孛冒熬能源開(kāi)發(fā)裂臻對(duì)薹l:境造成鶼污染裴豢∥熏,弱此節(jié)約斃源、發(fā)展 清潔予凈的新熊源秘再生能源是勢(shì)在必行的。各方面的鞭測(cè)襲嬲,2l世紀(jì)中 戇太辯筑游藏為孛鏊縫添簧臻供應(yīng)豹一交熏力軍。在中、大容量的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變 電源的輸出應(yīng)為失真度較小的難弦波。功率場(chǎng)效應(yīng)鑫缽繁(MOSFET),絕緣爨雙撅縫鑫薅管(1GBT)蠢場(chǎng)控螽 闡管漢成為現(xiàn)代高頻電力電子技術(shù)的主要開(kāi)關(guān)器件。實(shí)際太陽(yáng)能電池總是希望輸出電流大、輸出電壓高。圖中虛線表示太陽(yáng)能電池的P-U曲線,有助 于精確計(jì)算最大功率點(diǎn)。她外,姆若于個(gè)太嗣黥魄漉叛掇擺負(fù)載容熬大小要求, 再串、并聯(lián)組成較大功率的實(shí)際供電裝鬻稱(chēng)之為太陽(yáng)能陣列。5----0.65A。 2.3直流充電器設(shè)計(jì) 2.3.1主電路原理 L D 太 陽(yáng) 能 電 池 板 蓄 電 池 圖2.3充電電路原理圖 Fig 2.3 the circuit diagram of the charger 9 第2章太RI能電池板直流充電系統(tǒng) 圖2.3所示,利用電阻分壓得到太陽(yáng)能電池板輸出電壓檢測(cè)信號(hào)u。不變。抉邃 充電筲玨達(dá)到蓄電泡麴%~90%弱額定容羹。功率MOSFET管Gi、G2、G3、G4構(gòu)成全橋逆交, 掰子狡鏹每個(gè)殲關(guān)弼頹傳遞到變壓器翮邊的壹流毿量。雙輟瞧控麓 是對(duì)角的一對(duì)開(kāi)關(guān)為同步殲關(guān),橋臂上下管之閱除死區(qū)時(shí)間外為甄補(bǔ)開(kāi)關(guān),控制 相對(duì)簡(jiǎn)齲,但是這種控制方式的開(kāi)關(guān)損耗高,存在很大的開(kāi)關(guān)諧波,電磁干擾大, 在殲哭頻率相同時(shí),雙極性控制的SPWM產(chǎn)生的正弦波中的諧波盤(pán)嫩比單極性控 制SPWM產(chǎn)生豹正弦渡孛的{驀波含量大。受H根弼矩形脈沖的面 積與該區(qū)段正弦曲線下面積相等的原則,可j璉似寫(xiě)為 6^2素u。相應(yīng)靜高頻磁囂侔設(shè)計(jì)毽秘益重要。匝數(shù)多,銹擐太;匝數(shù)少,磁損大。 方虢黼。的選取計(jì)算融縋數(shù)魄后,可授據(jù)以下公式選取合適的鐵心: AcA。因?yàn)殡娐分须妷旱牟ㄐ味际欠讲?,所以最火伏一秒面積的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為電壓 和脈沖蹙度的乘積。但為了減 小集默效應(yīng),蜜瓣《耩更綱戇導(dǎo)線多毅勢(shì)繞,{囂苓壤一寢凝簿線繞鍘。 一簸瑟害,I_C濾波囂靛截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn){聶予囂關(guān)羧搴,透l}|:,象辯囂次潢波其有驥 顯的衰減作用,其截至頻率邋常選擇在開(kāi)關(guān)頻率的1/10~1/5藏右。從逆變器輸出阻抗的角度看,LC濾波器中的電感應(yīng)當(dāng)盡量小,因?yàn)?它決定了逆變器低頻時(shí)的輸出阻抗。 (3)繞組匝數(shù)計(jì)算二次繞組匝數(shù): 220,壓x—上 N,一———蟬=61。 3.7控制電路設(shè)計(jì) 3.7.1 AvR微控制器介紹嘲 ATmegal6L具有16KB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的8位AVR微控制器。OCR0:glTCNT0 比較匹配發(fā)生時(shí)OC0寄存器將產(chǎn)生相應(yīng)的清零或鬣僥操作,從而產(chǎn)生PWM波形。TCNTl斜坡上的短拳平線淡示OCRlx 和TI孫rrl的旺配比較。設(shè)置coMlxl:O魏2可以產(chǎn)生普 通豹PWM,設(shè)置COMIxl:O為3W以產(chǎn)生反向PWM。 重捧鼉:sPi麩瓤模式辯,羥鞠邏輯薅scK葶|瓣豹輸入羨號(hào)透鏜※攆。 垂-T'OCRIx豹囂凝孵刻魏定辯器,詩(shī)數(shù)爨達(dá)到鞫P之辯,越藏涮靜綴垮周期超始 長(zhǎng)度取決予麟翡∞瞧?!邸?——一 豳3.7 T/C1相位修正PWM模式的時(shí)序圖 Fig 3.7 the schedule graph of PC PWM mode in T/C1 王撂予褥位修蕞PWM模式時(shí),計(jì)數(shù)器的數(shù)德一壹累加翔霆定馕0x00FF, 0x01FF、0x03剛GMl3:0=I、 2戴3)、 ICRl(WGMl3:0=10)或 第3章蓮交系統(tǒng) OCRIA(WGMl3:0=11),然舔渡交詩(shī)數(shù)方肉。鬻巾毋姍戇數(shù)篷髑攘狀圖表示,戳滋臻雙籀緩操作。 層與層之間用聚酯薄膜絕緣。這樣綴然在一定程度上簿低7交藤器鐵心剩 用率,但卻大大提高了系統(tǒng)的W靠性。 ≤3。 減小分布電容的措麓主要有: (1)袋矮靜毫鬢藏酌辦法。 筠繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):通常的繞線架掏有簡(jiǎn)易繞法及三明治繞法等。 (3.13) 式中 N—所計(jì)算的繞組匝數(shù): S。5攀綴性變囂器磁芯l=話獲態(tài)承意篷 Fi93.5the sketchmapofthe stateofsinglepoletransformer'smagneticcore atwork 爹囂套纓全援邀鼴裹頻變藤器設(shè)詩(shī),箕麓攆對(duì),宅戇置捧龜蓮、魄滋豢不是 基于纂囂輟控瀚靜太聚戇逆交迫滋研究 歪弦渡,囂熬葵王攆捩囂與王頻交纛器是不~樣熬,沒(méi)詩(shī)公茂毫毒爨零溺。其磁感應(yīng)強(qiáng)度變化如圖3.4 所示。和低豹糕余磁感應(yīng)強(qiáng)度B。說(shuō)明調(diào)繁參考痿號(hào) 的幅俊從而改變備個(gè)脈沖的寬度時(shí),就實(shí)現(xiàn)了對(duì)逆變電路輸出電壓基波幅值的平 滑調(diào)節(jié)。分嗣秀燕弦灞翻渡參考信號(hào)與三熱載波鶼峰售?褒理憨饋囂下 M可在O~1之間變化,以調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值,實(shí)際上M總是小予l的。 這種改讖型對(duì)稱(chēng)規(guī)則算法的精度,明顯高于傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)規(guī)則算法的精度,同時(shí)由于 采用了同步取樣,每半個(gè)周期中各脈寬的一致性得到保證,脈寬中心線為等間隔, 極易用微機(jī)實(shí)現(xiàn),并且脈寬系數(shù)可以控制。瞬前獨(dú)藏太陽(yáng)能光伏發(fā)電悉統(tǒng)主要應(yīng)用予邊遠(yuǎn)媲 囂,難娃維護(hù),這就要求邋變電激具有會(huì)遵熬瞧路結(jié)構(gòu),嚴(yán)掇的元器俘選擇,勢(shì) 要求逆變電源具備鑫種保護(hù)播施,如蓄電池充放電保護(hù),系統(tǒng)短路保護(hù)、過(guò)流僳 護(hù)、過(guò)載保護(hù)等。 2。由于開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通,二極管陽(yáng)極接電源U。充電策略對(duì)于蓄電池非常 重要,一個(gè)優(yōu)化的充電鬣略可以提高蓄電池的性能和壽命;反之,~個(gè)不合理的 充魄繁賂會(huì){#常顯著豹辮{氛蓄電t逡霹爰騫爨辯鑊躅
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