【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。

　　

【正文】 輸出功率 2P =15000W， T=20ms 1） 最大輸出電壓 U=460V 12m a x2 0 .8 7 5UUa U??? o n m a xT =T a = s?? 取 21 1PI = 1 0 % I = 1 0 % = 0 . 1 2 0 0 0 /1 3 0 = 1 . 5 4 AU? ? ? 61 o nL = U T / I = 1 3 0 4 2 .8 5 1 0 /1. 5 4? ? ? ?= 2） 最小輸入電壓 U1=420V 時(shí) ， 同理可求得 L= 3） 加氣隙后的電感值：由于鐵芯材料 r1? ， 鐵芯加氣隙后， 15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 18 等效的相對(duì)磁導(dǎo)率： 11 crrcll? ? ??? ??? 加氣隙后的電感值： 280L = / 10r c cN S l?? ??? ? ? ? 280 / 10cN S H?? ?? ? ? ? 280 / 10cN S L m?? ?? ? ? ? 2c S = 0 / /GS A cm??? 取 N=50（匝），可求得 ? = 整流 與逆變電路 整流電路 整流電路是電力 電子電路中出現(xiàn)最早的一種 ,它將交流變?yōu)橹绷麟?,應(yīng)用十分廣泛。本論文設(shè)計(jì)中采用三相不可控整流電路，如圖 34 所示：該電路圖中，由六個(gè)二極管組成三相整流橋，將電源的三相交流電全波整流成直流電。 電源的線電壓為 LU ，則三相全波整流后平均直流電壓 DU 的大小是 ? （ 33） 圖 34 三相不可控整流電路 二極 管不可控三相整流電路輸出的直流電含有輸入交流電 6 倍頻率的紋波，通過(guò)大電容將帶有紋波的電壓波形濾得比較平滑。 濾波電容器 C 其功能是： 1)濾平全波整流后的電壓紋波； 2)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，使直流電壓保持平穩(wěn)。 濾波電容 C 起著平波和中間儲(chǔ)能的作用，提供電感負(fù)載的無(wú)功功率。該電容耐壓應(yīng)高于整流橋輸出電壓 DU ，電容理論上講越大越好，但越大投資越高，一般是幾千微法15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 19 到幾萬(wàn)微法之間，不宜少于 4000uF ，變頻器容量越大， 電容 C 的容量也就越大。 逆變電路 1 換流方式 在逆變電路的工作過(guò)程中， 電流從一個(gè)支路向另一個(gè)支路的轉(zhuǎn)移 稱為 換流 ，也稱為換相 。在換流過(guò)程中，有的支路要從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)，有的支路要從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)。從斷態(tài)轉(zhuǎn)移到通態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)，無(wú)論支路是全控型還是半控型電力電子器件組成，只要給門(mén)極適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)，就可以開(kāi)通。但從通態(tài)轉(zhuǎn)移到斷態(tài)時(shí)的情況就不同。全控型器件可以通過(guò)對(duì)門(mén)極的控制使其關(guān)斷，而對(duì)半控型器件的晶閘管來(lái)說(shuō)，就不能通過(guò)門(mén)極的控制來(lái)使其關(guān)斷，必須利用外部條件或采取其他措施才能使其關(guān)斷。要在晶閘管電流過(guò)零后再 施加一定的時(shí)間的反向電壓，才能使其關(guān)斷。使器件關(guān)斷，主要是使 IGBT 要比其開(kāi)通復(fù)雜的多，研究換流方式主要是研究如何使器件關(guān)斷。一般來(lái)說(shuō)，換流方式分為以下幾種： 1） 器件換流 （ Device Commutation）利用全控型器件自關(guān)斷能力進(jìn)行換流。 2） 電網(wǎng)換流（ Line Commutation）由電網(wǎng)提供換流電壓。 3） 負(fù)載換流（ Load Commutation）由負(fù)載提供換流電壓。 4） 強(qiáng)迫換流（ Forced Commutation）設(shè)置附加的換流電路，給欲關(guān)斷的晶閘管施加反向電壓或反向電流 的換流方式。 通 常利用附加電容上所儲(chǔ)存的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，也稱為電容換流。 2 電壓型逆變電路 電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)： 1） 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。 2） 由于支路電壓源的箝位作用，交流側(cè)輸出電壓波形位矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。 3） 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反饋二極管。 如圖 35 可以看了逆變電路 的工作原理： 穩(wěn)定的 440V 直流經(jīng)全橋逆變器，逆變成440V 的交流方波。當(dāng) 1V ， 6V 這一對(duì) IGBT 導(dǎo)通時(shí)， 440V電壓加在高頻變壓器原邊，極性上正下負(fù) ； 當(dāng) 2V , 3V 這一對(duì) IGBT 導(dǎo)通時(shí)， 440V 反向加在高頻變壓器的原邊，極性上負(fù)下正。逆變時(shí)，必須保證 1V ， 4V 導(dǎo)通時(shí) ， 2V ， 3V 可靠關(guān)斷 ； 反之亦然。因此，在兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間，要有一定的死區(qū)時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)， V1— V6 管均關(guān)斷，依此來(lái)保證上述要求。 15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 20 圖 35 逆變電路圖 15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 21 第 4 章 控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)中 的 重要部分，它包括了 系統(tǒng)的觸發(fā)電路和保護(hù)電路。觸發(fā)控制電路中主要設(shè)計(jì) 正弦脈寬調(diào)制波（ SPWM）的產(chǎn)生控制以及 IGBT 的驅(qū)動(dòng) 控制 。 控制電路 單片機(jī) AT89C51 及少量的外圍擴(kuò)展接口和 SA8282 三相 SPWM 產(chǎn)生器構(gòu)成控制電路。單片機(jī)對(duì) SA8282 進(jìn)行初始化和輸出脈寬控制、頻率控制，同時(shí)完成對(duì)開(kāi)環(huán)、閉環(huán)控制算法的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的以及保護(hù)功能的邏輯判斷等，由于SA8282 和 AT89C51 共用一個(gè)石英晶體震蕩器，故同步性能穩(wěn)定，漂移小。單片機(jī)對(duì)逆變器輸出電壓的閉環(huán)控制原理如圖 41 所示，單片機(jī)采用 PI 算法調(diào)節(jié) SA8282 參數(shù)從而控制逆變電源輸出電壓。 圖 41 觸發(fā)控制結(jié)構(gòu)框圖 正弦脈寬調(diào)制波（ SPWM）的產(chǎn)生原理 正弦脈寬調(diào)制波（ SPWM）的產(chǎn)生原理 如圖 42 所示： 圖 42 SPWM 的產(chǎn)生原理圖 15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 22 SPWM 的產(chǎn)生 采用傳統(tǒng)的三角波和正弦波疊加原理，且采用雙極性規(guī)則采樣法 II，由于每個(gè)周期的采樣時(shí)刻都是固定的（圖中 E 點(diǎn)），根據(jù)脈沖電壓對(duì)三角載波的對(duì)稱性，假設(shè) A 相電壓瞬時(shí)電壓表達(dá)示為 1()aU Sin t?? 。 可得脈寬時(shí)間： 2 1 et = T /2[ 1 + M S in( w t )]a 2 1 et =T /2 [ 1+MS in ( w t 120 ) ]b c 2 1 et =T /2 [ 1+MS in ( w t +120)] 而間隙時(shí)間： 13t =t =(Tt )/2a a a 13t =t =(Tt )/2b b b 13t =t =(Tt )/2c c c SA8282 特性特點(diǎn) SA8282是英國(guó) MITEL公司推出的三相 SPWM專(zhuān)用控制器，其調(diào)制波形按 Asinwt形式，在內(nèi)部 ROM 中存入對(duì)稱的波形數(shù)據(jù)，很方便地同各種微處理器接口。 SA8282 是全數(shù)字化三相 PWM 發(fā)生器，頻率范圍寬、精度高，并可與微處理器進(jìn)行接口，同時(shí)能夠 完成外圍控制功能，因而可實(shí)現(xiàn)智能化。 SA8282 原理介紹 1） 命令寄存部分 該部分由總線控制、地址 /數(shù)據(jù)總線、暫存器 R0～ R虛擬寄存器 R3~R4 及 24 位初始化寄存器和 24 位控制寄存器構(gòu)成。該部分在工作時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行初始化（從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置），然后由微處理器向兩個(gè) 24 位寄存器輸入命令字，這兩個(gè)寄存器分別被稱為初始化寄存器和控制寄存器。由于總線的數(shù)據(jù)寬度被限制在 8 位字長(zhǎng)，因此要想把數(shù)據(jù)送到一個(gè) 24 位寄存器，應(yīng)先分三次分別送到三個(gè)暫存寄存器 R0、 R R2 中。而數(shù)據(jù)由暫存寄存器 R0、 R R2 送到初始化寄存器或控制寄存器是通過(guò)虛擬寄存器 R R4 的送數(shù)寫(xiě)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的， R R4實(shí)際上不存在，它們只在指令中出現(xiàn)。往 R3 送數(shù)的寫(xiě)指令用于將數(shù)據(jù)從 R0、 R R2傳送到控制寄存器，而往 R4 送數(shù)的寫(xiě)指令則可將數(shù)據(jù)從 R0、 R R2 傳送到初始化寄存器。 2） 讀取及產(chǎn)生 PWM 調(diào)制波形部分 該部分由地址發(fā)生器、波形 ROM 及相位和控制邏輯構(gòu)成。由于調(diào)制波形關(guān)于 90176。、180176。、 270176。對(duì)稱 所以波形 ROM 中僅保存了 0～ 90176。的波形瞬時(shí)值。工作時(shí)， SA8282可根據(jù)地址 發(fā)生器的信號(hào)直接從波形 ROM中讀取波形數(shù)據(jù) ,然后通過(guò)相位控制邏輯將其15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 23 組成 0～ 360176。的完整波形和三相波形 ,而不需要處理器進(jìn)行處理。 另外通過(guò)初始化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)最小脈沖寬度、死區(qū)時(shí)間等的設(shè)置，產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求的調(diào)制波形。 3） 三相輸出控制電路 SA8282 中的每相輸出控制電路均由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構(gòu)成。脈沖取消電路用于去掉脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開(kāi)關(guān)周期。延時(shí)電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚€(gè)開(kāi)關(guān)器件的狀態(tài)時(shí)提供一個(gè)較短的延遲時(shí)間，以使這段時(shí)間里的兩個(gè)開(kāi)關(guān)都處于關(guān) 狀態(tài)，從而防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開(kāi)關(guān)元件出現(xiàn)共通（兩個(gè)開(kāi)關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間造成直通短路）現(xiàn)象。 波形的產(chǎn)生原理如圖 43 圖 43 SA8282 SPWM 波形產(chǎn)生原理圖 功能介紹 SA8282 采用 28 腳 DIP 封裝，其外部引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 44 所示。 各引腳的功能為， AD0～ AD7 是八位地址與數(shù)據(jù)復(fù)用總線，用于從微處理器接受地址與數(shù)據(jù)信息。_____ ___WR(R/W) 、 ____RD(DS) 、 ALE(AS)三個(gè)引腳為 Intel(MOTOROLA)控制模式， SA8282 在工作時(shí)可自動(dòng)適應(yīng) Intel 或 MOTOROLA 控制模式，當(dāng) ALE(AS)管腳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，SA8282 內(nèi)部檢測(cè)電路將自動(dòng)鎖存 ____RD(DS) 線上的狀態(tài)。如果檢測(cè)結(jié)果為低電平，則采用MOTOROLA 控制模式；如果檢測(cè)結(jié)果為高電平，則采用 Intel 控制模式。 ______RST 是復(fù)位端，低電平有效； ____CS 為片選輸入，該控制線可使 SA8282 與其它外圍接口片共享同一組 總線。 RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHB 為標(biāo)準(zhǔn) TTL 電平輸出端 (即 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào) )可分別驅(qū)動(dòng)三相逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件。 _______TRIP 為輸出封鎖狀態(tài)指示，用于表明輸出是否被封存，低電平有效。 SET TRIP 是關(guān)斷觸發(fā)信號(hào)輸入端，當(dāng)輸入為高時(shí)， _______TRIP 及六個(gè) PWM 輸出端將迅速鎖存在低電平狀態(tài)，且只有在 ______RST 復(fù)位時(shí)才能解15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 24 除。 WSS 是波形采樣同步端口； ZPPB、 ZPPY、 ZPPR 分別是三相信號(hào)的零相位脈沖輸出端。 CLX 為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 VDD 是 +5V 偏置電源。 Vss 接地端。 圖 44 SA8282 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳 來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器或控制寄存器，它們對(duì)相控邏輯電路進(jìn)行控制。外部時(shí)鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載被與片內(nèi) ROM 中的調(diào)制波形進(jìn)行比較，自動(dòng)生成 SPWM 輸出脈沖。通過(guò)脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖，因?yàn)檫@樣的脈沖不起任何作用，只會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的損耗。通過(guò)脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個(gè)開(kāi) 關(guān)管不會(huì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。 片內(nèi) ROM 存有正弦波形。寄存器列陣包含 3 個(gè) 8 位寄存器和 2 個(gè)虛擬寄存器。 它的虛擬寄存器 R3 的寫(xiě)操作結(jié)果是 R0,R1,R2 中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入控制寄存器。虛擬寄存器 R4的寫(xiě)操作結(jié)果是 R0,R1,R2 中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入初始化寄存器。各寄存器地址如表 48 所列。 表 45 各寄存器地址 AD2 AD1 AD0 寄存器 功能 0 0 0 R0 暫存數(shù)據(jù) 0 0 1 R1 暫存數(shù)據(jù) 0 1 0 R2 暫存數(shù)據(jù) 0 1 1 R3 傳控制數(shù)據(jù) 1 0 0 R4 傳初始化數(shù)據(jù) 15kVA逆變電源設(shè)計(jì) 25 此外， SA8282 芯片還具有以下特點(diǎn)： 1） 適用于英特爾和摩托羅拉兩種總線格式 ， 接口通用性好 ， 編程 ， 操作簡(jiǎn)單 、 方便 、 快捷。 2） 應(yīng)用常用的對(duì)稱的雙邊采樣法產(chǎn)生 PWM 波形 ， 波形產(chǎn)生數(shù)字化 ， 無(wú)時(shí)漂 ， 無(wú)溫漂穩(wěn)定性好。 3)在外接時(shí)鐘頻率為 時(shí)載波頻率可高達(dá) 24KHZ， 可實(shí)現(xiàn)靜音運(yùn)行。最小脈寬和死區(qū)時(shí)間通過(guò)軟件設(shè)置完成 ， 既節(jié)約了硬件成本 ,又使修改靈活方便。調(diào)制頻率范圍寬 ， 精度高 (12 位 )， 輸出正弦波頻率可達(dá) 4KHZ， 可實(shí)現(xiàn)高頻率高精度控制及光滑的變頻。 4） 在電路不變的情況下 ， 通過(guò)修改控制暫存器參數(shù) ， 就可改變逆變器性能 指標(biāo) ，驅(qū)動(dòng)不同負(fù)載或工作于不同工況。 5） 可通過(guò)改變輸出 SPWM 脈沖的相序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 6） 獨(dú)立封鎖端可瞬時(shí)封鎖輸出 PWM 脈沖亦使微處理器防止突然事件的發(fā)生。 其工作過(guò)程簡(jiǎn)析如下：由于調(diào)制波形關(guān)于 90176。， 180176。， 270176。對(duì)稱，故波形 ROM 中僅