【正文】 受的最高電壓要高于Udmax，其值的大小與吸收電路吸收電壓尖峰的能力有關(guān)。 功率開關(guān)管的選擇開關(guān)器件IGBT的選擇主要是由系統(tǒng)主電路的輸入電壓與輸出電流決定的。由公式44可得： (45) (46)與負(fù)載阻抗RL的關(guān)系為： (47)其中RL的值為： (48)取=，則=108。濾波電容的作用是用來濾除輸出電壓的高次諧波，電容越大，輸出的紋波越小，但是逆變器的無功電流隨之也增大，使得系統(tǒng)的效率降低。圖43 死區(qū)時(shí)間控制電路 輸出LC濾波器的計(jì)算經(jīng)過逆變器后的輸出信號(hào)要經(jīng)LC濾波器濾除輸出信號(hào)中的諧波分量。死區(qū)時(shí)間的計(jì)算公式為： （41）式中：TD—死區(qū)時(shí)間； Toff—IGBT關(guān)斷延時(shí)時(shí)間；Ton—IGBT導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間。使用死區(qū)時(shí)間控制電路可以防止H橋中的功率器件同時(shí)出現(xiàn)開通或關(guān)斷，通常由與非門組成。開關(guān)電源的開關(guān)頻率越高，所需要的LC濾波器的體積越小，逆變器的輸出電壓諧波畸變?cè)叫?，本設(shè)計(jì)中的開關(guān)頻率選用為10KHz。輸入電壓經(jīng)過推挽升壓電路后得到的輸出電壓作為DCAC電路的輸入，經(jīng)過逆變H橋的逆變后得到滿足設(shè)計(jì)要求的正弦波輸出。逆變主電路的控制方式為SPWM控制方式，即通過單片機(jī)芯片產(chǎn)生的SPWM信號(hào)，經(jīng)過隔離驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行隔離放大后來控制開關(guān)功率管的通斷，經(jīng)過逆變器逆變后再經(jīng)過濾波電路就得到輸出為36V/400Hz的交流電。 電源的整體結(jié)構(gòu)和原理通過上述對(duì)單相正弦波逆變電源的數(shù)學(xué)模型及其控制器的分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)逆變電源的整體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過單片機(jī)得到的SPWM波形如圖36所示。本設(shè)計(jì)中采用了AT89S52生成SPWM波的方式，如圖35所示。比較以上幾種方式可以看出軟件生成法具有抗干擾強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的控制方案。設(shè)三角波和正弦波的幅值分別是和，周期分別是和，脈寬和間隙時(shí)間t1和由下式計(jì)算： (31) (32) (33)由公式31和32可以很容易求得和值，從而確定相應(yīng)的脈沖寬度。而規(guī)則采樣法中則使兩者重合，這就使得計(jì)算大為簡(jiǎn)化。取三角波的兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tt。本設(shè)計(jì)中主要介紹一下規(guī)則采樣法。（2）軟件生成法隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件生成SPWM波形變得容易起來，因此軟件生成法就應(yīng)運(yùn)而生。在實(shí)際的應(yīng)用中，通過模擬電路就可以實(shí)現(xiàn)載波與調(diào)制信號(hào)的比較，然后再參考調(diào)制信號(hào)對(duì)比較后的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，直到與調(diào)制信號(hào)一致為止。該種方法的基本原理就是將調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)進(jìn)行比較，通過對(duì)比較后的信號(hào)進(jìn)行處理后再與調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較，直到與調(diào)制信號(hào)一致為止。（1）硬件調(diào)制法上述所介紹的等面積法需要大量的繁瑣的計(jì)算，因此在一般的設(shè)計(jì)中并不會(huì)使用此種方法。SPWM波的形成方法主要有：等面積法、硬件調(diào)制法、軟件生成法。 SPWM控制脈沖的實(shí)現(xiàn)方式以SPWM為控制方式構(gòu)成的逆變器，其輸入為恒定不變的直流電壓，通過SPWM技術(shù)在逆變電路中同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓和調(diào)頻。而雙極性控制方式的載波是在正極性與負(fù)極性這兩種極性之間變化，所得到的PWM波有正也有負(fù)。圖33 雙極性PWM控制方式波形對(duì)于逆變電源而言，不同的要求所采用的調(diào)制方式也不同。在雙極性控制方式下，ur的一個(gè)周期內(nèi)輸出的PWM波只有177。圖32 單相橋式PWM逆變電路（2）雙極性調(diào)制方式 圖32的單相橋式PWM逆變電路在采用雙極性控制方式時(shí)的波形如33所示。（1）單極性調(diào)制方式圖32是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。將上述所得到的的脈沖序列使用一系列寬度不等，幅值相同的脈沖替代，由于是等效的替代正弦波，因此所得到的的矩形波脈沖序列的面積與正弦波面積相同，各個(gè)矩形脈沖的寬度是由相應(yīng)的正弦波等份確定的，通過等效替代就得到圖31b所示的脈沖序列，即PWM波形。如圖31中所示為PWM波的產(chǎn)生過程，圖31a中為一正弦波形，為了通過正弦波得到一個(gè)正弦波形，將正弦波分為M等份，將這M等份的正弦波等效為M個(gè)脈沖系列，這樣就得到了一系列寬度相同且等于π/M的脈沖，這些脈沖彼此相連就形成了脈沖波形。 SPWM控制技術(shù)原理及其實(shí)現(xiàn)SPWM控制技術(shù)是正弦波電源的主要控制方式，通過對(duì)SPWM波占空比的改變，可以調(diào)節(jié)逆變電源的頻率，本章詳細(xì)介紹SPWM波的各種生成方式，確定設(shè)計(jì)中所使用的SPWM實(shí)現(xiàn)方式。（6）驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是保證系統(tǒng)中芯片的正常運(yùn)行。（5）輔助電源與過欠壓保護(hù)電壓輔助電源的主要作用就是將交流輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為合適的直流電壓，保證逆變主電路的正常運(yùn)行。濾波電路的主要作用就是濾除波形中的諧波，其中逆變系統(tǒng)中的輸出濾波電路主要采用低通濾波電路。（2）控制電路控制電路的功能是按照輸出要求通過調(diào)節(jié)控制脈沖控制開關(guān)器件的通斷，使得逆變主電路順利的完成逆變，控制電路控制了逆變系統(tǒng)的頻率的大小，通過改變系統(tǒng)的控制就可以改變系統(tǒng)的頻率。它的主要原理就是通過對(duì)電路中的開關(guān)器件的通斷時(shí)間的控制來得到期望的輸出值，其中開關(guān)管的選擇也十分重要。在逆變系統(tǒng)中除了最重要的逆變主電路和控制電路以外，還包括了濾波電路、死區(qū)時(shí)間控制電路、輔助電源、驅(qū)動(dòng)部分、過壓過流電路。 逆變系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)逆變系統(tǒng)包括逆變器及其控制電路、輔助電路等，逆變器的功能就是將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，逆變器中最為主要的部分就是逆變主電路也就是使用開關(guān)器件的電路部分，逆變主電路的作用就是將直流電逆變?yōu)榻涣麟娸敵觥Ｔ趯?duì)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，必須選擇合適的控制方式。實(shí)際系統(tǒng)往往在 PID控制基礎(chǔ)上增設(shè)平均值反饋以保證穩(wěn)態(tài)精度。由于沒有負(fù)載的逆變器相當(dāng)于一個(gè)系統(tǒng)中的振蕩環(huán)節(jié)，因此為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，積分控制部分需要再添加一個(gè)相位環(huán)節(jié)來緩解振蕩，這就與PID一般的使用有了很大的區(qū)別，同時(shí)也對(duì)PID有了新的要求。對(duì)于復(fù)雜的逆變電源的設(shè)計(jì)，模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于使用模糊控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)不需要有十分確定的控制對(duì)象模型，這樣就降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，同時(shí)使用模糊控制的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速，并且具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性。逆變電源的主要控制方式有以下幾種方式：（1）模糊控制對(duì)于傳統(tǒng)的控制方式，系統(tǒng)的控制精度要求的越高，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方面的信息要求也就越高，對(duì)于變量較少，較簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，大部分的控制方式均可以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，然而對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，一般的控制無法正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，因此人們便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來處理這些控制問題。在維修過程中可以通過修改系統(tǒng)的參數(shù)就可以完成系統(tǒng)的修護(hù)。 （3）數(shù)字化的控制方式不僅可以提高系統(tǒng)的安全性能，而且對(duì)于不同的設(shè)計(jì)要求，在相同的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，只需要通過調(diào)整控制軟件的參數(shù)即可得到滿足要求的系統(tǒng)。數(shù)字化的逆變器具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：（1）采用數(shù)字化控制能使系統(tǒng)的集成程度更高，集成度越高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就越簡(jiǎn)單，同時(shí)也越容易控制，使系統(tǒng)的性能變得越來越好。通過非單周期技術(shù)的介紹可以看出，此種控制技術(shù)多適用于有非線性負(fù)載的系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的跟隨性、抗干擾能力要求較高的電路。單周期控制技術(shù)可以有效地降低系統(tǒng)的成本，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)性能得到了提高，減小了系統(tǒng)的體積，減低了成本。這種控制理論的基本思路就是通過對(duì)開關(guān)器件的開關(guān)占空比的控制，使得開關(guān)變量的平均值等于或正比于基準(zhǔn)量。圖21(b)中，G1(S)表示誤差放大器的傳遞函數(shù)，d為SPWM信號(hào)的占空比，NN2為耦合電感的原、副邊繞組匝數(shù)，kuof為輸出信號(hào)的反饋系數(shù)。它的結(jié)構(gòu)及控制圖如21所示。隨著對(duì)逆變器性能要求的越來越高，同傳統(tǒng)控制方式比較，數(shù)字化的逆變器成本低、控制簡(jiǎn)單、可調(diào)性強(qiáng)，數(shù)字化逆變器的優(yōu)點(diǎn)使它成為了逆變器發(fā)展的一種趨勢(shì)。（6）總結(jié)。（4）本章主要是對(duì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，通過分析并計(jì)算逆變器中的元器件的參數(shù)并選擇各元器件的型號(hào)，對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)平臺(tái)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，主要包括逆變主電路、控制電路、主電路的驅(qū)動(dòng)電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。（2）介紹逆變器的各種控制方式，通過對(duì)傳統(tǒng)的逆變器控制方式與數(shù)字化控制方式的比較，得出數(shù)字化的逆變器是逆變器發(fā)展的趨勢(shì)。 主要內(nèi)容通過前期對(duì)相關(guān)資料的查閱，本文分析和對(duì)比了全橋及半橋逆變結(jié)構(gòu)及其控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，通過比較，本文選用電壓利用率較好、實(shí)際效果更好的單相全橋逆變電路作為本設(shè)計(jì)的主電路，隨后介紹了系統(tǒng)輔助電路的設(shè)計(jì)，并給出了產(chǎn)生SPWM波形方法及其程序，最后利用Proteus軟件完成了系統(tǒng)仿真，分析其有效性和可行性后做出了相應(yīng)的實(shí)物。第三代逆變電源采用MOSFET管，理論上說這種加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管無需驅(qū)動(dòng)功率，因此不存在驅(qū)動(dòng)電流的多次放大，驅(qū)動(dòng)只要使MOS絕緣柵充電過程中輸出一定的脈沖幅度，即可使開關(guān)管導(dǎo)通，并且其柵極并不消耗功率。但是該種電源也有缺點(diǎn)，就是對(duì)非線性負(fù)載的適應(yīng)性不強(qiáng)。第二代的逆變電源采用GTO、GTR、IGBT等關(guān)斷器件作為開關(guān)器件。這是逆變電源發(fā)展的第一個(gè)階段。 研究概況逆變電源從出現(xiàn)到現(xiàn)在共經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展，20世紀(jì)50年代末是電力電子技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)期，逆變電源也產(chǎn)生于這個(gè)時(shí)代。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定逆變系統(tǒng)的主電路，并且確定系統(tǒng)的控制方式，完成該系統(tǒng)的軟件仿真，根據(jù)仿真的結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，得到符合技術(shù)指標(biāo)的輸出。10%V時(shí)，經(jīng)過逆變器的輸出電壓要達(dá)到單相交流36V177。所謂SPWM，就是在脈沖寬度調(diào)制的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，通過改變脈沖的占空比得到正弦波的輸出。脈寬調(diào)制控制方式因其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式。為了解決這些問題，同時(shí)隨著高性能的數(shù)字芯片的產(chǎn)生，逆變器的數(shù)字化成為了一種趨勢(shì)。變頻電源中的逆變器的作用就是將直流電壓轉(zhuǎn)為交流電