【正文】 （y ）適合于模擬方法控制，利用比較法即可獲取np開(kāi)關(guān)角的控制輸出信號(hào)，當(dāng)然并不排除多種數(shù)模結(jié)合及優(yōu)化方案。 例如，按（圖28）的調(diào)制情況，運(yùn)算所得的交點(diǎn)數(shù)據(jù)如（表21）所示，表中其余3/4部分的數(shù)值可由同理類推。由此取得對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)幅值（y ）似乎毫無(wú)np意義，但是，對(duì)于模擬控制方法則是一個(gè)極為重要的過(guò)渡參數(shù)。 于是，所有直線均可寫成n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的斜截式直線方程： y＝ x＋ （23）kb 根據(jù)直線角系數(shù)的關(guān)系式和每一直線段的相位區(qū)間得各直線已知的相位角和兩個(gè)交叉點(diǎn)的幅值坐標(biāo)，即可求得各直線各自的斜率（ ）和常數(shù)項(xiàng)（b），從而確定所有k完整的直線方程如下： ＝ （ ）＋ （24）niknp 緣于正弦曲線與n個(gè)直線相交后需要求解n個(gè)交點(diǎn)（ ）的目標(biāo)坐標(biāo)值np（x ，y ），而且必須同時(shí)滿足式（1）和式（3）或是正弦曲線與各直線的各個(gè)交p點(diǎn)（ ）的坐標(biāo)值必須重合，即：n 正弦曲線中的某一（ ）點(diǎn)的坐標(biāo)值（x ，y ）必須等于對(duì)應(yīng)的某一直線段中npn（ ）點(diǎn)的坐標(biāo)值（x ，y ），或者是：n sin（ ）= （ ）＋ （25）nknpb 據(jù)此，正弦曲線（圖28a）與任一直線的交點(diǎn)坐標(biāo)（x ，y ）必將被鎖定于橫np軸（0＜x＜ ）；縱軸（0＜y＜１）的范圍之內(nèi)，續(xù)次利用牛頓迭代法即可求得所有?交點(diǎn)（ ）的具有相當(dāng)近似精度的相位角（x ），然后將（x ）代入式（1）就能np nn解得各交點(diǎn)的瞬時(shí)幅值（y ），由此完成全部的調(diào)制過(guò)程。所以，正弦曲線正半周內(nèi)?的各直線相交后交叉點(diǎn)位于各自相位區(qū)間內(nèi)幅值的上下限同樣為（1，0）。由于載波比（N）是人為選定的，因而N的變化將影響直線的數(shù)量（n）、直線的傾角、直線與直線相交后交叉點(diǎn)的相位角和正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的相位角（ ）。從而在純?坐標(biāo)條件下，調(diào)制僅為坐標(biāo)區(qū)間數(shù)量的關(guān)系而與時(shí)間或頻率無(wú)關(guān)。由（圖28）可知，正弦?基波的零點(diǎn)和三角載波的峰點(diǎn)與時(shí)間起點(diǎn)相重合，故初相角為0，當(dāng)最大值為1，最小值為1或剔除所有無(wú)效變量后，正弦方程將簡(jiǎn)化為單純的正弦曲線： ＝sin（ ） （22）ninp 其中: ：正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的瞬時(shí)值；ni （ ）：正弦曲線與某一直線交點(diǎn)的相位角。對(duì)應(yīng)于正弦量的正負(fù)半周，實(shí)施雙路調(diào)制或單路分相處理及放大后，控制驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)器件運(yùn)行，最終得正弦化交流量的樣本波形如（圖29）所示，濾波后流經(jīng)負(fù)載的電流即為正弦波電流。當(dāng)正弦基波與若干個(gè)等幅的三角載波在時(shí)間軸上相遇時(shí)，并令正弦波的零點(diǎn)與三角波的峰點(diǎn)處于同相位（圖28a），所得的交點(diǎn)（p）表達(dá)為時(shí)間意義上的相位角和對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)幅值，交點(diǎn)間的相位區(qū)間段表示以正弦部分為有效輸出的矩形脈沖群（圖28b）。當(dāng)然，在不觸及負(fù)載特性、能量轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境污染和系統(tǒng)綜合技術(shù)指標(biāo)以及小功率應(yīng)用場(chǎng)合的前提下，就控制方法而言則顯得容易些。 不良波形或失真嚴(yán)重的正弦交流量必然產(chǎn)生大量的低次、高次及分?jǐn)?shù)諧波，豐富的諧波分量與基波疊加的情景使得正負(fù)峰值幾乎同時(shí)發(fā)生，換向突變時(shí)急劇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將對(duì)負(fù)載造成沖擊并導(dǎo)致負(fù)載特性的不穩(wěn)定或漂移，又加重了濾波器件的負(fù)擔(dān)，損耗也隨之增大，非但降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)，還對(duì)周邊設(shè)備造成不良影響。 在交流應(yīng)用場(chǎng)合，多數(shù)負(fù)載要求輸入的是正弦波電流。典型的H橋逆變電路很容易理解（圖27）， 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè)(a)負(fù) 載(b)(c) 圖27H橋和交流電流波形圖對(duì)角聯(lián)動(dòng)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件和與之對(duì)應(yīng)的另一組對(duì)角橋臂同時(shí)實(shí)施交替的開(kāi)關(guān)作業(yè)時(shí)，建立運(yùn)行后，流經(jīng)負(fù)載的電流即為交流電流（圖27b），考慮到功率器件關(guān)斷時(shí)的滯后特性避免造成短路，通常都做成（圖27c）的波形結(jié)構(gòu)。由于此方法是SPWM控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在計(jì)算繁瑣，數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大，不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn)。其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低，線性控制范圍較小。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(此時(shí)為采樣周期的兩倍)內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn)SPWM法。0 t1 t2 t3u urutt4 t6圖25自然采樣法示意圖 規(guī)則采樣法采用三角波作為裁波的規(guī)則采樣法示意圖如圖26所示。 圖24雙極性SPWM波形 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 54 頁(yè) SPWM 的采樣方法 SPWM 的采樣方法有很多，下面就對(duì)一些常用的采樣方法做一個(gè)大概的介紹。這樣輸出波形在任何半周期內(nèi)都會(huì)出現(xiàn)正、負(fù)極性電壓交替的情況，故稱之為雙極性控制，其波形示意圖如圖 24 所示。單極性正弦脈寬調(diào)制原理波形如圖 23 所示，用單相正弦波全波整流電壓信號(hào)與單向三角形載波交截、再通過(guò)倒相得到功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，或直接用參考正弦波與單向三角形載波交截產(chǎn)生功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。改變控制信號(hào) U c 的頻率，則輸出電壓的基波頻率亦隨之而改變，這樣就實(shí)現(xiàn)既可調(diào)壓又可調(diào)頻的目的。當(dāng) U c＞Ur 時(shí)，元件開(kāi)通；當(dāng) U cUr 時(shí)，元件關(guān)斷，形成的調(diào)制波是等幅、等距但不等寬的脈沖列，經(jīng)半波倒相后輸出。 單極性正弦波脈寬調(diào)制方式所謂單極性控制是指在輸出波形的半個(gè)周期內(nèi)，逆變器同一橋臂中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)元件只有一個(gè)處于不斷切換的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，另一個(gè)則始終處于關(guān)斷狀態(tài)。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，SPWM 波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來(lái)。對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 SPWM 波形?？梢钥闯觯髅}沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。這些脈沖寬度相等，都等于 ∏/n ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。 根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來(lái)代替正弦波，通過(guò)對(duì)矩形波的控制來(lái)模擬輸出不同頻率的正弦波。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。沖量既指窄脈沖的面積。SPWM 變頻電路具有以下特點(diǎn)： 1. 可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓； 2. 整流電路采用二極管，可獲得接近 1 的功率因數(shù)； 3. 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單； 4. 通過(guò)對(duì)輸出脈沖寬度的控制可改變輸出電壓，加快了變頻過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng),現(xiàn)在通用變頻器基本都再用 SPWM 控制方式，所以介紹一下 SPWM 控制的原理。利用 SPWM 逆變器能夠抑制或消除低次諧波。這樣，使調(diào)壓和調(diào)頻兩個(gè)作用配合一致，且于中間直流環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，因而加快了調(diào)節(jié)速度，改善了動(dòng)態(tài)性能。 SPWM 調(diào)制 SPWM 脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期來(lái)控制其輸出頻率。目前已經(jīng)提出并得到應(yīng)用的SPWM控制技術(shù)就不下十種。隨著逆變器在交流傳動(dòng)、UPS電源和有源濾波器中的廣泛應(yīng)用，以及高速全控開(kāi)關(guān)器件的大量出現(xiàn)，SPWM技術(shù)己成為逆變技術(shù)的核心，因而受到了人們的高度重視。具體來(lái)說(shuō)，就是用一種參考正弦波為“調(diào)制波”，而以N倍于調(diào)制波頻率的三角波為“載波”。SPWM技術(shù)最初應(yīng)用于直流變換電路，隨后將這種方式與頻率控制相結(jié)合，產(chǎn)生了應(yīng)用于逆變電路的SPWM控制技術(shù)。 SPWM 概述 所謂SPWM技術(shù)就是用功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖系列，以實(shí)現(xiàn)變壓變頻及控制和消除諧波為目標(biāo)的技術(shù)，也就是利用相當(dāng)于基波分量的信號(hào)波對(duì)三角載波進(jìn)行調(diào)制，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度的一種方法。 uo wtouwta)b) 圖 22 用 SPWM 波代替正弦半波 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可得到 SPWM 電流波：電流型逆變電路進(jìn)行 SPWM 控制，得到的就是 SPWM 電流波。f（t）f（t）f（t）f（t）d）c）b）a）0000 圖21形狀不同而沖量相同的各種脈沖上述結(jié)論是SPWM的重要基礎(chǔ)，用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè)幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。脈沖越窄，其輸出的差異越小。如果個(gè)輸出波形的傅立變換進(jìn)行頻譜分析，可發(fā)現(xiàn)它們的低頻段特往非常接近，僅在高頻僅略有差異。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 5 頁(yè) 共 54 頁(yè)2 逆變電源原理 開(kāi)關(guān)逆變電源原理 在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，沖量即指窄脈沖的面積。本文設(shè)計(jì)的電源是輸入電壓為36V～48V，負(fù)載電流有效值為 ～1A 時(shí)，輸出線電壓有效值應(yīng)保持在 220V,在設(shè)計(jì)中,我們采用 SPWM 逆變控制技術(shù),單片機(jī)控制輸出 SPWM 波,驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)元件的電壓型逆變電路,最后把直流電壓逆變成穩(wěn)定的交流電壓。因此，逆變電源的開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)成為發(fā)展前景十分誘人的。逆變電源在現(xiàn)代援術(shù)及新器件的支持下，無(wú)論是可靠性還是性能價(jià)格比，以及高效節(jié)能方面，都將不斷進(jìn)步和提高。隨著逆變技術(shù)復(fù)雜程度的增加，所需處理的信息量越來(lái)越大，而微處理器的誕生正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的帶有PWM口的微處理器到單片機(jī)，發(fā)展到今天的32位DSP器件，使先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、模糊控制等在逆變領(lǐng)域得到較好的應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，逆變技術(shù)開(kāi)始從應(yīng)用低速器件、低開(kāi)關(guān)頻率逐漸向采用高速器件、提高開(kāi)關(guān)頻率的方向發(fā)展，使逆變器體積進(jìn)一步減小，效率進(jìn)一步提高，正弦波逆變器的品質(zhì)指標(biāo)也得到很大提高。從1948年美國(guó)西屋電氣公司研制出第一臺(tái)逆變器：感應(yīng)加熱逆變器至今已有近60年歷史了，而晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件，到了20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管(GTO)、電力晶閘管(BJT)的問(wèn)世使得逆變技術(shù)得到發(fā)展應(yīng)用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 3 頁(yè) 共 54 頁(yè) 逆變電源的發(fā)展趨勢(shì)逆變器也稱逆變電源，通過(guò)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)通和關(guān)斷作用，將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能的一種變換裝置，是整流變換的逆過(guò)程，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件。另外，逆變技術(shù)在弧焊電源、通信開(kāi)關(guān)電源、醫(yī)用電源、變頻電源以及航空逆變器等領(lǐng)域都有應(yīng)用。采用由逆變器制成的電力有源濾波器APF和靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器SVC，可以有效地治理市電電網(wǎng)的諧波污染。(4)感應(yīng)加熱:中頻爐、高頻爐及電磁灶等設(shè)備都是采用逆變技術(shù)產(chǎn)生交流電，從而產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，金屬在磁場(chǎng)中產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，從而達(dá)到加熱的目的。各大汽車公司均投入巨資積極發(fā)展電動(dòng)汽車。在市電停電時(shí)，蓄電池通過(guò)逆變器向負(fù)載繼續(xù)供電。UPS電源主要由整流器(包括充電器)和逆變器組成。因此，除此之外逆變技術(shù)還有下列主要應(yīng)用:(l)交流電機(jī)變頻調(diào)速:采用逆變技術(shù)將市電電網(wǎng)電壓變換成幅值可調(diào)、頻率、可調(diào)的交流電供給交流電動(dòng)機(jī)，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可用于控制風(fēng)機(jī)、水泵、機(jī)床、軋機(jī)、機(jī)車牽引、電梯、傳動(dòng)及空調(diào)器等很多領(lǐng)域。21世紀(jì)是能源開(kāi)發(fā)、資源利用與環(huán)境保護(hù)互相協(xié)調(diào)發(fā)展的世紀(jì)，能源的優(yōu)化利用與清潔能源的開(kāi)發(fā)，是能源資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。近年來(lái)隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)逆變電源的需求也與日俱增，逆變電源也因此顯示了其強(qiáng)大的生命力。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 54 頁(yè)1 緒論 逆變電源的廣泛應(yīng)用現(xiàn)代逆變電源以其高集成度、高性能比、最簡(jiǎn)的外圍電路、最佳的性能指標(biāo)等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到青睞，可以說(shuō)逆變電源從問(wèn)世以來(lái)就引起了國(guó)內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。本文的主要工作就是利用單片機(jī)設(shè)計(jì)正弦波逆變電源。為此，需要不間斷電源（UPS）來(lái)保證計(jì)算機(jī)的運(yùn)行安全。由于在用電高峰期間或者雷電、暴風(fēng)雨等自然災(zāi)害可能造成市電電網(wǎng)的超量波動(dòng)，甚至供電中斷。為解決此問(wèn)題，必須提高市電電網(wǎng)的供電質(zhì)量。這種 DCAC變換需要逆變技術(shù)來(lái)完成。一般情況下，這些新型發(fā)電裝置輸出不穩(wěn)定的直流電，不能直接提供給需要交流電的用戶使用。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文逆變電源的設(shè)計(jì)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 報(bào)告用紙