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正文內(nèi)容

電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)論文--風(fēng)力發(fā)電逆變裝置的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2024-12-20 15:56 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 內(nèi),三角形載波只在一個(gè)方向變化,輸出電壓也只在一個(gè)方向變化。輸出電壓波形如圖 35所示,輸出的電壓有 du? 、 0V、 du?三種電壓值。其中的 1ou 為基波分量的波形,與正弦調(diào)制電壓 ru 的形狀相同。圖中的虛線 1ou 表示 ou 中的基波分量。像這種在 ru 的半個(gè)周期內(nèi)三角形載波只在單一的正極性或負(fù)極性范圍內(nèi)變化,所得到的 SPWM 波形也只在單 個(gè)極性范圍變化的控制方式稱為單極性 SPWM 控制方式。 b) 雙極性 SPWM 控制 和單極性 SPWM 控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式,如果三角波載波在半個(gè)周期內(nèi)的方向是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的,所得到的 SPWM 波形也是在兩個(gè)方向變化的,這時(shí)就成為雙極性 SPWM 控制方式,如圖 36 所示。其控制和輸出波形如圖 36 所示。其中 ru 為正弦調(diào)制波, cu 為三角形載波。但 cu 的波形與單極性時(shí)有明顯的不 同,在 ru 的半個(gè)周期內(nèi),三角波載波不再是單極性的,而是有正有負(fù)的雙極性三角波。雙極性調(diào)制方式在 ru 的正、負(fù)半周控制規(guī)律相同。當(dāng) cr uu? 時(shí),同時(shí)給 T1 和 T4 導(dǎo)通信號(hào),給 T2和 T3 關(guān)斷信號(hào),此時(shí)若 00?i ,則 T1 和 T4 導(dǎo)通,若 00?i ,則 Dl 和 D4 導(dǎo)通,兩種情況下輸出電壓均為 du? ;當(dāng) cr uu ? 時(shí),給 T2 和 T3 導(dǎo)通信號(hào),給 Tl 和 T4 關(guān)斷信號(hào), 11 若此時(shí) 00?i ,則 T2 和 T3 導(dǎo)通,若 00?i ,則 D2 和 D3 導(dǎo)通,兩種情況下輸出電壓 ou均為 du? 。可見(jiàn),在 ru 的一個(gè)周期內(nèi),輸出的 PWM 波只有 du? 兩種電平,而不再出現(xiàn)單極性控制時(shí)的零電平狀態(tài)。主電路的輸出電壓 ou 波形如圖 36 所示,其幅值只有du? 、 du? 兩種。 1ou 為輸出的基波波形,形狀與正弦調(diào)制波相同。從以上的分析可見(jiàn),單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制,也可采用雙極性調(diào)制。當(dāng)對(duì)開(kāi)關(guān)器件通 /斷控制的規(guī)律不同時(shí),它們的輸出 PWM 波形也會(huì)出現(xiàn)較大的差別。 圖 36 雙極 性 SPWM 控制原理 (2) 同步調(diào)制與異步調(diào)制 在 PWM 逆變電路中,載波頻率 fc 與調(diào)制信號(hào)頻率 fr 之比 N= fc/fr。根據(jù)載波和調(diào)制 信號(hào)是否同步 即 載波比的變化情況, PWM 逆變電路可以有異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種控制方式。 a) 異步調(diào)制 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步方式。在異步調(diào)制方式中,調(diào)制信號(hào)頻率 fr,變化時(shí),通常保持載波頻率 fc。固定不變,因而載波比 N 是變化的。這樣,在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi),輸出脈沖的個(gè)數(shù)不固定,脈沖相位也不固定,正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱,同時(shí),半周期內(nèi)前后 1/4周期的脈沖也不對(duì)稱。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率較低時(shí),載波比 N較大,半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多,正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期內(nèi)前后 1/4 周期脈沖不對(duì)稱的影響都較小,輸出波形接近正弦波。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高 12 時(shí),載波比 N就減小,半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少,輸出脈沖的不對(duì)稱性影響就變大,還會(huì)出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng),同時(shí)輸出波形和正弦波之間的差異就變大,電路輸出特性變壞。因此,在采用異步調(diào)制方式時(shí),希望盡量提高載波頻率,以使在調(diào)制信號(hào)頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比,改善輸出特性。 b) 同步調(diào)制 載波比 N等于常數(shù),并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保 持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。在基本同步調(diào)制方式中,調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)載波比 N 不變。調(diào)制信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的,脈沖相位也是固定的。 4 電源逆變裝置的主電路的設(shè)計(jì) 主電路的組成 該電源逆變裝置的主電路主要包括: SPWM 波的產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)電路、 DC/DC 電路、逆變電路、整流濾波電路等。 驅(qū)動(dòng)電路 方案一: a)概述:采用達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng); b)優(yōu)點(diǎn):達(dá)林頓管有驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn); c)缺點(diǎn):在驅(qū)動(dòng)全橋式連接的 MOS 管時(shí),至少需要 3個(gè)獨(dú)立電源,電源種類繁多; 方案二: a)概述:采用集成芯片 IR2110 驅(qū)動(dòng); b)優(yōu)點(diǎn): IR2110 芯片具有體積小、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、控制方便、電能利用效率高等優(yōu) 點(diǎn),尤其是采用 R2110 芯片能夠大大減少驅(qū)動(dòng)電源的個(gè)數(shù)(僅需 1 個(gè)),充分簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。 方案的選擇:經(jīng)比較,驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)應(yīng)選擇方案二 。 DC/DC 電路 由于驅(qū)動(dòng)電路及逆變電路的電壓不同,因此需要 DC/DC電路以對(duì)電路起到保護(hù)作用。選用 DC/DC 及芯片 78L05,通過(guò)此使其輸出不同電壓。其中“ 78”指輸出正電壓,“ 05”指 5伏。 逆變電路 方案一: a) 概述:半橋式。采用兩個(gè) MOS 管 IRF460、兩個(gè)電解電容、兩個(gè)大電阻等元件組 13 成半橋式主電路,兩路控制信號(hào)分別接 G1和 G2端; b)優(yōu)點(diǎn):降低設(shè)計(jì)成本,簡(jiǎn)化電路; c)缺點(diǎn):輸出電壓峰值較低,且輸出電流較小,同時(shí),電容的加入,增加了系 統(tǒng)的無(wú)功功率,電阻也會(huì)消耗一部分功率。 方案二: a) 概述:全橋式。采用四個(gè) MOS 管 IRF460 組成全橋式主電路,四路控制信號(hào)分別 接 G1和 G2 端、 G3和 G4端;其中,左半橋的兩路控制信號(hào)反相,右半橋的兩路控制信號(hào)也反相。 優(yōu)點(diǎn) : 采用此方案可以使電路結(jié)構(gòu)清晰,輸出有效值增加(為 半橋式的 2倍), 輸出電流較大,且電路的功耗較小。 方案選擇:經(jīng)比較,應(yīng)選擇方案二(全橋式逆變電路) 整流濾波電路 為了簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),濾波電路采用簡(jiǎn)單電路,通常采用的濾波電路設(shè)計(jì)有如下兩種設(shè)計(jì)方案: a)方案一: RC 濾波電路。采用 RC 濾波電路,可以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),能夠?yàn)V掉絕大部分無(wú)關(guān)的雜波,得到比較準(zhǔn)確的輸出電壓波形,然而由于電容的加入,增加了系統(tǒng)的無(wú)功功率,電阻還會(huì)消耗一部分功率,且輸出電壓的相位有一定的偏移,這使得相位難于控制,故不采用此方案。 b)方案二: LC 濾波電路。采用 LC 濾波電路,一方 面可以大大簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)濾波功能;另一方面,通過(guò)電感 L和電容 C 適當(dāng)匹配,可以使得輸出電壓相位和輸入電壓相位一致,方便電壓相位的控制;此外 LC 的合理搭配還可以降低無(wú)功功率,抑制電壓和電流的脈動(dòng),故采用此方案。 其中,整流電路采用半波整流。 SPWM 波的產(chǎn)生設(shè)計(jì) EG8010 的簡(jiǎn)單介紹 對(duì)于該 SPWM 波產(chǎn)生單元電路,采用芯片 42所示: 14 圖 41 EG8010芯片管腳圖 引腳 26: VCC 芯片的 +5V 工作電源端 引腳 3,12: GND 芯片的地端 引腳 1: DT1 引腳 2: DT0 DT1,DT0 是設(shè)置 PWM 輸出上、下 MOS 管死區(qū)時(shí)間: “ 00”是 300nS 死區(qū)時(shí)間; “ 01”是 500nS 死區(qū)時(shí)間; “ 10”是 死區(qū)時(shí)間; “ 11”是 死區(qū)時(shí)間 引腳 4: RXD 串口通訊數(shù)據(jù)接收端 引腳 5: TXD 串口通訊數(shù)據(jù)發(fā)送端 引腳 6: SPWMEN SPWM 輸出使能端,“ 1”是啟動(dòng) SPWM 輸出,“ 0”是關(guān)閉 SPWM輸出 引腳 7: FANCTR 外接風(fēng)扇控制,當(dāng) TFB引腳檢 測(cè)到溫度高于 45℃時(shí),輸出高電平“ 1”使風(fēng)扇運(yùn)行,運(yùn)行后溫度低于 40℃時(shí),輸出低電平“ 0”使風(fēng)扇停止工作 引腳 8: LEDOUT 外接 LED 報(bào)警輸出,當(dāng)故障發(fā)生時(shí)輸出低電平“ 0”點(diǎn)亮 LED 正常:長(zhǎng)亮 過(guò)流:閃爍 2 下,滅 2 秒,一直循環(huán) 過(guò)壓:閃爍 3 下,滅 2 秒,一直循環(huán) 欠壓:閃爍 4 下,滅 2 秒,一直循環(huán) 過(guò)溫:閃爍 5 下,滅 2 秒,一直循環(huán) 引腳 9: PWMTYP PWM 輸出類型選擇 “ 0”是正極性 PWM 類型輸出,應(yīng)用于高電平有效驅(qū)動(dòng) IR2110 等驅(qū)動(dòng)器件,即引腳 SPWMOUT 為高電平打開(kāi)功率 MOS 管 15 “ 1”是負(fù)極性 PWM 類
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