【正文】 路設(shè)計 電源系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)如圖 31所示． 圖 31 主電路 1)整流電路采用整流橋塊，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。 控制部分可通 STC 單片機控制電壓和頻率的改變。其作用是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)器件 (如 SCR， GTO， GTR， IGBT 和功率 MOSFET 模塊等 )的開通和關(guān)斷作用 ,把直流電能變換成交流電能。系統(tǒng)硬件電路由主電路、控制驅(qū)動電路、保護電 路和鍵盤顯示電路組成。由于變壓器原邊繞組電阻小，在多個循環(huán)之后，即可造成磁飽和。改變直流電壓 E 就改變輸出交流有效值，輸出功率大。全橋式變換電路是目前逆變電路中使用最為常見的一種，該變換電路共有四個橋臂，可以看成兩個半橋電路組合而成。但半橋式電路具有電路簡單，使用器件少，尤其具有抗不平衡能力強的特點，因天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 此在中小功率場所得到了廣泛應(yīng)用。開關(guān)管關(guān)斷過程中，變壓器漏感引起的電壓尖峰被二極管鉗位，因此開關(guān)管的最高電壓不會超 過輸入電壓。 D D2 起到反饋和續(xù)流作用，變壓器副邊電路由 D3 和 D4 構(gòu)成全波輸出整流， L、 C3 構(gòu)成輸出濾波電路。在半橋式變換電路輸入端串接電容 C C2且 C1=C2 以便當兩個開關(guān)器件 VT VT2 均截止時， VC1=VC2=1/2E。與單端變換電路相比較，推挽電路的優(yōu)點是輸出功率大、輸出濾波電感可減小，兩組開關(guān)驅(qū)動脈沖 Vg Vg2 不需隔離，控制簡單。 天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 4 J un 201 0 S h e e t o f F i l e : D : \ P R O G R A M F I L E S \ P R O T E L 99 S E 漢化版 \ E X A M P L E S \ M yD e s i gn bD r a w n B y : C D1LT V T 2 D2 D3+EUoN 1 1N 1 2 N 2 2 D4V T 1 N 2 1 圖 推挽式變換電路 推挽電路中開關(guān)器件的耐壓是輸入電壓的 2 倍，工作是隨著開關(guān)管的開通和關(guān)斷、變壓器原邊繞組交替工作，與半橋和全橋變換電路相比變壓器利用率低，而且輸出電壓隨輸入電壓和負載變換而變化。為了使輸出電壓穩(wěn)定和保持軟啟動控制的特點，多數(shù)采用占空比控制方式，這種控制方式將會出現(xiàn)一個死區(qū)時間，在這個死區(qū)時間內(nèi)兩只開關(guān)晶體管都處于關(guān)斷階段輸出電流經(jīng)扼流圈有一個保持續(xù)流的電流，續(xù)流經(jīng)次級線圈和兩只整流二極管再輸出到負載。對于輸出相同的功率開關(guān)損耗小多了。該變換電路主要由 VT1， VT2 以及并聯(lián)至開關(guān)管的二極管 D1 和 D2 組成輸入端經(jīng)變壓器T,在輸出端由整流二極管 D D4 與輸出濾波電感和電容組成。 推挽式變換電路如圖 22 所示。此時開關(guān)管 VT 在導(dǎo)通時流過的大電流，關(guān)斷時承受高電壓，導(dǎo)致 VT損壞。因在單端變壓器原邊線圈流過的是脈動激磁電流，如果在每個脈動工作磁通周期不采取去磁措施，則磁芯剩磁通的累加會迅速使變壓器出現(xiàn)飽和。變壓器 T 原邊繞組中分去磁繞組 NR 與原邊繞組 N1(通常 NR≤ N1)， NR與 D0 組成磁通復(fù)位電路。在單端正激變換電路中，當功率開關(guān)器件 VT 導(dǎo)通時，則通過變壓器 T 向負載傳遞能量。 常用拓撲結(jié)構(gòu)對比表 1 為常用拓撲結(jié)構(gòu)對比表， Vce 為功率開關(guān)器件承受電壓； Ic 為相同輸出功率時的電流； P0 為相同 Ic 時輸出功率； U1 為主變壓器原邊電壓； U0 為輸出電壓； m 為功率開關(guān)器件數(shù)量； E 為加入電路的直流電壓； D為功率開關(guān)器件導(dǎo)通占空比； K 為主變壓器 Tr 的變比。以上拓撲結(jié)構(gòu)又有其各自特點，所以在逆變電源主電路設(shè)計中充分考慮電路自身結(jié)構(gòu)特點和使用場所，只有如此根據(jù)上述情況，才能更好的選擇相應(yīng)的逆變電 路來滿足使用要求。目前逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)主要有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式、全橋式等多種類型。設(shè)計中由 STC系列單片機產(chǎn)生 SPWM 波形，通過編程的方法控制其脈沖寬度，從而達到對 頻率控制的目的，還能根據(jù)對輸出電壓的檢測結(jié)果調(diào)整 SPWM 信號的幅度，從而控制輸出的電壓?？刂破髂軐崿F(xiàn) 20250Hz 信號的輸出 ，可通過手動鍵入或自動的方法調(diào)節(jié)頻率，并通過顯示器顯示實時頻率。 主要內(nèi)容 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中， 變頻器廣泛的應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、市政 、中央空調(diào)、水處理等行業(yè)中，因此現(xiàn)在變頻器在我們生活中是不可缺少的東西了。電源的綠色化有兩層含義：節(jié)能，用電少消耗少就可以減輕對環(huán)境的污染；對電網(wǎng)的污染少或者不產(chǎn)生污染，即電源系統(tǒng)的輸入電流高次諧波含量少。 3） 綠色化。系統(tǒng)功能多樣化，而且系統(tǒng)的輸出精度大大提高，軟件編寫的反饋控制算法可以很好地解決系統(tǒng)由于環(huán)境溫度和老化等引起的問題。 高速數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，迅速提高了數(shù)字控制的實時性和智能化。數(shù)字控制通用性好，軟件調(diào)制方便快捷，系統(tǒng)維護和升級方便。 數(shù)字控制是當今電力電子技術(shù)發(fā)展的方向，與模擬控制相比，大大簡化了硬件電路的復(fù)雜度，只需要很少的外圍電路，便能構(gòu)成功能完善的控制電路且性能優(yōu)越。由于模擬元件易受周圍環(huán)境、溫度的影響和存天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 在老化問題等，影響了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。 2）數(shù)字化。 現(xiàn)在變頻電源技術(shù)主要朝著一下幾個方向發(fā)展： 1）高頻化。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，國內(nèi)生產(chǎn)商經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，業(yè)已占領(lǐng)了很大一部分低端市場。 由于變頻器在空調(diào)、電梯、冶金、機械等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，變頻調(diào) 速電機和與之配套的變頻器發(fā)展迅速。 變頻器的現(xiàn)狀與發(fā)展方向 現(xiàn)在，變頻技術(shù)在發(fā)達國家己經(jīng)成熟，隨著新的電力電子器件的不斷出現(xiàn)，新的變頻技術(shù)層出不窮，使其得到了更廣泛的推廣應(yīng)用。在今后家電生產(chǎn)中，特別是冰箱和家用空調(diào)器的壓縮機控制中，變頻器的使 用肯定是必不可少的。目前，隨著變頻電源的廣泛應(yīng)用，變頻電源顯示除了強大的生命力，其具有高集成度、高性能比、最簡的外圍電路、最佳的性能指標等特點。現(xiàn)代變頻電源以其低損耗、高效率、電路簡潔等顯著優(yōu)點而受到人們的青睞，并廣泛的 應(yīng)用于電氣傳動、計算機、電子設(shè)備、儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器中。變頻電源自問世以來引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。世界各國電網(wǎng)制式的不統(tǒng)一，以及不同應(yīng)用領(lǐng)域的電源制式需求的不同，以下情況需要使用變頻電源： (1)家電業(yè)制造商如：空調(diào)設(shè)備、咖啡機、洗衣機、榨汁機、微波爐、收錄音機、冰箱、 DVD、洗塵器、電動剃須刀等產(chǎn)品的測試電源； (2)電機、電子業(yè)制造商如：交換式電源供應(yīng)器、變壓器、電子安定器、 AC風(fēng)扇、不斷電系統(tǒng)、充電器、繼電器、壓縮機、馬達、被動元件等產(chǎn)品的測試電源； (3)IT 產(chǎn)業(yè)及電腦設(shè)備制造商如：傳真機、影印機、碎紙機、印表機、掃描器、燒錄機、伺服器、顯示器等產(chǎn)品的測試電源； (4)實驗室及測試單位如：交流電源測試、產(chǎn)品壽命及安全測試、電磁相容天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 測試、 OQC（ FQC）測試、產(chǎn)品測試及研發(fā)、研究單位最佳交流電源； (5)航空 /軍事單位如：機場地面設(shè)施、船舶、航天、軍事研究所等的測試電源； (6)鐵路、高速公路： 25Hz、靜頻信號電源。在不遠的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟、實用，實現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。新型器件的發(fā)展不僅為交流電機變頻調(diào)速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能，實現(xiàn)小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。 MOSFET 和 IGBT 的相繼問世是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標志。進入八十年代，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。只要用電就離不開電源。有源 功率校正器和逆變器的結(jié)合，同樣也是兩級結(jié)構(gòu)，兼有不控整流和逆變兩級結(jié)構(gòu)控制上的優(yōu)點，而且不僅可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，有效的減少諧波污染，還可以提高中間直流環(huán)節(jié)的電壓等級，擴大系統(tǒng)的電壓輸出范圍。 傳統(tǒng)的變頻電源采用不控整流和變壓變頻逆變兩級結(jié)構(gòu)，只關(guān)注輸出正弦波形的質(zhì)量，電壓和頻率精度以及可靠性，基本上不會考慮系統(tǒng)輸入端的電流是否會對電網(wǎng)造成諧波污染，是否向電網(wǎng)注入大量高頻諧波電流。由于在實際應(yīng)用中，不用場合使用的設(shè)備對電源的參數(shù)要求不一樣，同一個設(shè)備對電源參數(shù)的要求也是會變換到，例如電氣產(chǎn)品在測試階段時，需要根據(jù)出口國 家的市電電壓和頻率，在允許的波動標準范圍內(nèi)，測試電氣產(chǎn)品的性能。 關(guān)鍵詞： 變頻器； STC 單片機；智能功率模塊 ( SPM )； SPWM 目 錄 引言 .................................................................................................... 1 第一章 緒論 ..................................................................................... 2 課題研究背景及意義 .................................................................... 2 變頻器的現(xiàn)狀與發(fā)展方向 ............................................................. 3 主要內(nèi)容 ....................................................................................... 4 第二章 逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理 ........................................ 5 逆變電路常用拓撲結(jié)構(gòu)簡介 ......................................................... 5 變換電路常見拓撲結(jié)構(gòu)的工作原理及其特點 .............................. 5 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計 ...................................................................... 9 變換電路選擇 ................................................................................ 9 主電路設(shè)計 .....