【正文】 正弦半波 b）脈沖序列00從圖可以看出，個(gè)脈沖幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化。根據(jù)脈沖等效原理，PWM波形和正弦半波的面積是等效的。諸如這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化且和正弦波等效的PWM波形，也稱為SPWM波形。要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。 單相PWM逆變電路及其控制方法 SPWM波形實(shí)現(xiàn)方法面積等效法 面積法方案直接闡述解釋了SPWM 法的原理，先將正弦波用數(shù)量相等的同幅度不同寬度的矩形脈沖序列代替，再將脈沖之間的間隔與寬度計(jì)算出來(lái)，將結(jié)果儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成PWM信號(hào)，以此來(lái)控制開關(guān)的開合，實(shí)現(xiàn)最終目的。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于各開關(guān)開合的時(shí)間計(jì)算的非常精確，因?yàn)樗某霭l(fā)點(diǎn)是基于SPWM 的基本原理，最終得到的波形與正弦波也比較接近。缺點(diǎn)是由于SPWM波形產(chǎn)生需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算，繁瑣的計(jì)算過(guò)程在實(shí)時(shí)控制問(wèn)題上存在弊端。硬件調(diào)制法此方法是針對(duì)面積等效法計(jì)算過(guò)程繁瑣的缺陷而提出的。它的原理是：首先把期望輸出的波形作為調(diào)制信號(hào)，其次它的載波就是接受調(diào)制的信號(hào)，最后使調(diào)制載波產(chǎn)生期望輸出的PWM波形。一般載波是采用等腰三角形的，最后需要的SPWM 波形就是當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波的時(shí)候。它實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，將三角形載波以及正弦調(diào)制波產(chǎn)生電路來(lái)構(gòu)成模擬電路，它們的交點(diǎn)可以用比較器來(lái)確定，對(duì)開關(guān)器件的通斷控制就是在其交點(diǎn)時(shí)刻，這樣就會(huì)形成SPWM 波。但由于此種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其不容易實(shí)現(xiàn)精確控制。實(shí)際應(yīng)用中大多采用調(diào)制法，以下結(jié)合實(shí)際電路對(duì)這種方法做進(jìn)一步說(shuō)明。圖43采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)VT1和VT2的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，VT3和VT4也互補(bǔ)。控制過(guò)程如下：在輸出電壓uo的正半周，使VT1保持通態(tài)，VT2保持?jǐn)鄳B(tài)，VT3和VT4交替導(dǎo)通。由于感性負(fù)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，一段為負(fù)。在負(fù)載電流為正的區(qū)間，VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓uo等于直流電壓Ud；VT4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流流過(guò)VT1和VD4續(xù)流，uo=0。在負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，仍為VT1和VT4導(dǎo)通時(shí)，因io為負(fù)，所以io實(shí)際上從VD1和VD4流過(guò)，此時(shí)仍有uo=Ud；VT4關(guān)斷，VT3開通后，io從VT3和VD1續(xù)流，uo=0。于此，uo總可以得到Ud和0兩種電平。同理，在uo的負(fù)半周，使VT2保持通態(tài)，VT1保持?jǐn)鄳B(tài)，VT3和VT4交替通斷，負(fù)載電壓uo可以得到Ud和0兩種電平。圖43 單相橋式PWM逆變電路軟件調(diào)制法軟件生成法就是通過(guò)微機(jī)控制技術(shù)利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法， 它有兩種基本算法：自然采樣法和規(guī)則采樣法。1）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(diǎn)時(shí)刻控制功率開關(guān)器件的通斷。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是所得到的SPWM 波最接近正弦波，但該方法要求解復(fù)雜的超越方程，微機(jī)在進(jìn)行計(jì)算式需花費(fèi)大量時(shí)間，難以完成實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算。2）規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法的輸出效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小很多，在工程實(shí)踐中多采用該方法。圖44為規(guī)則采樣法原理圖。取三角波兩個(gè)相鄰的正峰值間距為一個(gè)采樣周期Tc。使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)與三角波一周期的中點(diǎn)（負(fù)峰點(diǎn)）重合，即使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)為對(duì)稱。見(jiàn)圖44中，在三角波的負(fù)峰值時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到D點(diǎn)，過(guò)D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別相交于A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻，tA和B點(diǎn)時(shí)刻tB控制功率開關(guān)器件通斷。設(shè)正弦信號(hào)波為 （41）式中，a為調(diào)制度，0≤a1；ωr為正弦信號(hào)波角頻率。從圖44可得 （42）因此可得 （43）在三角波的一周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度σ、為 （44）圖44 規(guī)則采樣法原理圖 SPWM逆變電路諧波分析PWM逆變電路可以使輸出電壓、電流接近正弦波，但在使用載波對(duì)正弦信號(hào)波進(jìn)行調(diào)制時(shí)，也產(chǎn)生了和載波有關(guān)的諧波分量。由于諧波分析過(guò)程很負(fù)責(zé)繁瑣，而結(jié)論卻簡(jiǎn)單直觀。因此，這里僅對(duì)典型的頻譜圖做諧波分析。圖45給出了取不同調(diào)制度a時(shí)，單相橋式PWM逆變電路在雙極性調(diào)制方式下輸出電壓的頻譜圖。諧波角頻率為 （45）式中，n=1，3，5……時(shí)，k=2，4，6……；n=2，4，6……時(shí)，k=1，3，5……。從圖可得到，PWM波中不含有低次諧波，只含有角頻率為ωc及其附近的諧波，以及2ωc、3ωc等附近的諧波。在上述諧波中，幅值最高。影響最大的是角頻率為ωc的諧波分量。圖45 單相橋式PWM逆變電路輸出電壓頻譜圖第5章 總結(jié)與展望 全文工作總結(jié)對(duì)于逆變電源而言，提高逆變電源的性能是非常重要的。其中，提高直流電壓利用率可以提高逆變電源的輸出能力。減少功率器件的開關(guān)次數(shù)可以降低開關(guān)損耗。本文著重研究設(shè)計(jì)了基于UC3524的逆變電源，包括逆變主電路設(shè)計(jì)方案、脈沖發(fā)生電路、保護(hù)及反饋技術(shù)。論文主要工作概括如下：從橋式逆變的優(yōu)點(diǎn)和提高逆變電源的效率效率出發(fā)，分析了逆變主電路的結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出逆變主電路。在主電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，功率開關(guān)器件的選擇關(guān)系到整個(gè)逆變電源的工作效率，開關(guān)器件選擇目前運(yùn)用廣泛的IGBT，論文對(duì)IGBT在實(shí)際中應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題做了分析。給出了基于UC3524的脈沖發(fā)生方式，利用UC3524雙端脈沖輸出端，產(chǎn)生脈沖方波，雙路脈沖相位相差180176。由于UC3524輸出脈沖信號(hào)功率小，不足以驅(qū)動(dòng)IGBT工作，所以先對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行兩級(jí)功率放大，使其滿載IGBT驅(qū)動(dòng)要求。研究了逆變控制系統(tǒng)中控制變量的采樣延時(shí)，為了盡量減小A/D轉(zhuǎn)換對(duì)逆變控制逆變系統(tǒng)工作負(fù)擔(dān)加大的影響，進(jìn)行了輸出電壓 A/D 采樣方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在輸出電壓反饋信號(hào)周期采樣，轉(zhuǎn)換完成后將采樣結(jié)果返回到控制系統(tǒng)，大大削減了微機(jī)的工作量。對(duì)電網(wǎng)供電是否正常提提出了實(shí)時(shí)監(jiān)控方案，并對(duì)電網(wǎng)因故障而造成斷電時(shí)，設(shè)計(jì)出自動(dòng)電源切換電路?？紤]到電網(wǎng)含有的各種諧波對(duì)逆變電源正常工作可能產(chǎn)生的干擾，在對(duì)電網(wǎng)供電情況進(jìn)行檢測(cè)是，都是通過(guò)變壓器將逆變電源與電網(wǎng)進(jìn)行電氣隔離。引入微機(jī)控制。微機(jī)在逆變電源中起到處理逆變電源各種工作信息，并對(duì)信息進(jìn)行分析處理后發(fā)出相應(yīng)的控制命令，同時(shí)將逆變電源的工作狀態(tài)信息顯示處理，供操作員觀察檢測(cè)。 后續(xù)工作展望本文采用理論分析、部分硬件電路仿真的方法，對(duì)逆變電源的工作原理、控制策略、保護(hù)設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行了研究。撰寫論文的過(guò)程也是對(duì)作者相關(guān)工作的階段性總結(jié)。由于時(shí)間和精力的限制，所涉及的內(nèi)容只是逆變技術(shù)的一個(gè)局部。有關(guān)后續(xù)研究工作，可望在以下方面取得進(jìn)展：本設(shè)計(jì)的逆變電源輸出的是方波交流電，實(shí)際應(yīng)用中，多采用正弦波輸出，鑒于此，本設(shè)計(jì)后期工作將對(duì)逆變控制進(jìn)行改進(jìn)，采用SPWM技術(shù)，控制逆變輸出正弦波?？紤]將 PID 控制與其它復(fù)雜逆變控制規(guī)律如自適應(yīng)控制、重復(fù)控制等相結(jié)合，引入PID控制技術(shù)，使逆變器性能的得到進(jìn)一步提升。微機(jī)控制采用目前工程應(yīng)用廣泛的數(shù)字信號(hào)處理器DSP，將使逆變電源整個(gè)工作性能進(jìn)行大幅提升，而且開發(fā)成本低，有效提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。致 謝同時(shí)，在論文寫作過(guò)程中，我還參考了有關(guān)的書籍，在這里一并向有關(guān)的作者表示謝意。我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很多寶貴的意見(jiàn)，對(duì)于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝！參考文獻(xiàn)[1] ,Jr(late),Jack (late),Steven ：電子工業(yè)出版社，2003[2] 王兆安. ：機(jī)械工業(yè)出版社，[3] ：北京航空航天大學(xué)出版社，[4] ：人民郵電出版社，[5] 張占松，蔡宣三，：電子工業(yè)出版社，2004[6] ：國(guó)防工業(yè)出版社，2006[7] ：人民郵電出版社，[8] ：電子工業(yè)出版社，[9] 高天光，：科學(xué)出版社，[10] ：西安電子科技大學(xué)出版社，2008[11] （英）威廉斯著，：電子工業(yè)出版社，[12] 王建校，楊建國(guó)，寧改娣等. ：科學(xué)出版社，2002[13] ：電子工業(yè)出版社，[14] 林立，張俊亮，——：電子工業(yè)出版社，[15] 駱新全，：北京航空航天大學(xué)出版社，[16] 鐘文耀，：科學(xué)出版社，2001[17] 季幼章， 電源技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用，2000[18] 肖曦，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009[19] 李愛(ài)文，[M].北京：科學(xué)出版社，2000[20] 胡斌等. 電子工程師必備—：人民郵電出版社，2012[21] 沈剛， 王華民， 劉慶豐等. 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