推荐基于PWM的正弦波电源的设计与实现精品.docx
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推荐基于PWM的正弦波电源的设计与实现精品
学校代码:
11517
学号:
20XX50712302
HENANINSTITUTEOFENGINEERING
题目基于PWM的正弦波电源的设计
与实现
学生姓名韩立业
专业班级电气工程及其自动化1123班
学号20XX50712302
系(部)电气信息工程学院
指导教师(职称)牛亚莉(副教授)
邓丽霞(讲师)
完成时间20XX年5月20日
河南工程学院版权使用授权书
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作者签名:
年月日
河南工程学院()原创性声明
本人郑重声明:
所呈交的,是本人在指导教师指导下,进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外,本的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。
对本所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本学位原创性声明的法律责任由本人承担。
作者签名:
年月日
河南工程学院
()任务书
题目基于PWM的正弦波电源的设计与实现
专业电气工程及其自动化学号20XX50512302姓名韩立业
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
主要内容:
设计一个基于PWM的正弦波电源,包括电源逆变系统的基本结构和控制方式、硬件电路的设计、控制系统软件的设计等。
根据仿真模型焊接,并选择各元器件,作出实物,并将实物的实际输出与模型比较,校正并调整,并将此电源在实验室制作出实物。
基本要求:
1、掌握PWM控制技术,确定总体设计方案。
2、熟悉逆变器工作原理,完成器件选型,绘制系统硬件原理图。
3、完成硬件电路的焊接、测试。
4、编写软件程序,进行软硬件联机调试。
主要参考资料:
[1]刘风君.正弦波逆变器.北京科学出版社,20XX
[2]王水平等.PWM控制与驱动器使用应用电路.西安电子科技大学出版社,20XX
[3]王兆安.电力电子技术,第五版.北京机械工业出版社,20XX
[4]钱照明,叶忠明,董柏藩.电力系统自动化.北京科学出版社,1997(21):
35-70
[5]李先允,姜宁秋.电力电子技术.中国电力出版社,20XX(6):
17-29
完成期限:
指导教师签名:
专业负责人签名:
年月日
基于PWM的正弦波电源的设计与实现
摘要
伴随着电力电子技术的发展以及变频电源的应用越来越广泛,对作为变频电源中重要的部分—逆变器也提出了更高的要求。
传统的逆变器多为模拟控制或模数控制相结合的控制系统,结构复杂,集成化程度低,并且价格高,因此逆变器的数字化成为了一种趋势。
逆变器主要包括逆变主电路、控制电路、滤波电路及其他辅助电路。
本设计首先介绍逆变电源的传统控制及数字化控制方式,接着介绍逆变电源的基本结构,分析逆变电源的SPWM控制原理,编写了SPWM的产生程序。
随后进行了逆变系统的硬件设计,主要包括逆变主电路、死区时间控制电路、DC-DC升压模块等,并确定了电路中各元器件的型号。
在Proteus中完成了系统的仿真与调试,在仿真中系统的参数满足了设计要求,之后完成实物的制作,完成实物后,经测试结果并未达到要求。
关键词逆变器/数字控制/脉冲宽度调制
DesignandRealizationofsinewavepowersupplybasedonPWM
ABSTRACT
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,variablefrequencypowersupplyappliedmorewidelyinourlife,butalsoputforwardhigherrequirementsonasanimportantpartoftheinverterfrequencyconversionpower.Thetraditionalinvertertocontrolthesystem,simulationofcontrolormoduluscontrolbinedwithaplexstructure,theintegrateddegreeislow,andthepriceishigh,sothedigitalinverterhasbeeatrend.
Inverterincludesthemaincircuit,theinvertercontrolcircuit,filtercircuitandotherauxiliarycircuit.Thisdesignintroducesthetraditionalinverterpowercontrolanddigitalcontrolmode,andthenintroducesthebasicstructureofinverter,SPWMcontrolprincipleofinverterpowersupply,thegenerationprocessofSPWM.Thenthehardwaredesignofinvertersystem,includesthemaincircuit,controlcircuitofinverterdeadtime,DC-DCconvertermodule,andtoidentifytheponentsinthecircuitmodel.ThesimulationanddebuggingofthesystemintheProteussysteminthesimulation,parametersmeetthedesignrequirements,afterthepletionofproductioninkind,topletethematerial,thetestresultsdonotmeettherequirements.
KEYWORDSInverter,Digitalcontrol,PWM
1绪论
电力电子器件产生于20世纪40年代末,随着几十年的发展,电力电子器件在大功率化、高频化、集成化得到了长足的进步,在此期间逆变器技术也飞速发展起来。
1.1的来源目的及意义
变频电源就是一种交流-直流-交流转换的电源装置,经过转换后的输出信号为纯净的正弦波信号,该种电源可在适当的范围内调节输出信号的频率和电压。
它在我们的生活与工作中应用十分广泛,主要适用于家用电器、电子应用、实验室等方面,并可用来检测各种用电电器。
变频电源中的逆变器的作用就是将直流电压转为交流电压,随着科技不断的进步,逆变器技术也得到了长足的发展,同时对逆变器的要求也越来越高。
采用模拟控制方式或模数相结合的控制方式的逆变电源的结构复杂,集成化程度低,并且价格昂贵。
为了解决这些问题,同时随着高性能的数字芯片的产生,逆变器的数字化成为了一种趋势。
PWM的全称是PulseWidthModulation(脉冲宽度调制),该种控制方式的基本原理就是通过改变逆变主电路中的开关器件的通断时间来得到一系列宽度不等、幅值相同的脉冲,而后用此脉冲替代设计中所需的波形。
脉宽调制控制方式因其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为最广泛应用的控制方式。
随着电子技术的发展,出现了多种脉冲宽度调制技术,其中包括:
相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等。
所谓SPWM,就是在脉冲宽度调制的基础上改变了调制脉冲方式,通过改变脉冲的占空比得到正弦波的输出。
1.2设计指标及实现
技术指标为:
当输入电压为24V±10%V时,经过逆变器的输出电压要达到单相交流36V±5%V,400Hz的指标,且输出电流为200mA。
根据设计指标确定逆变系统的主电路,并且确定系统的控制方式,完成该系统的软件仿真,根据仿真的结果进行调试,得到符合技术指标的输出。
根据仿真模型确定各个元器件,最终做出电源的实物。
1.3研究概况
逆变电源从出现到现在共经历了三个阶段的发展,20世纪50年代末是电力电子技术飞速发展的时期,逆变电源也产生于这个时代。
逆变电源出现之初逆变电路中采用了Thyristor(晶闸管)开关器件,因为电路中采用晶闸管器件,该种逆变电源也称为可控硅逆变电源。
这是逆变电源发展的第一个阶段。
此种电源的出现使逆变技术向前发展了一大步,同时也带来一些问题:
在逆变电源中增加了换流装置,增加了其复杂性,并且有噪声大、体积大等缺点。
第二代的逆变电源采用GTO、GTR、IGBT等关断器件作为开关器件。
此种电源的优点如下:
由于采用了自关断器件,因此电路中不需要换流装置,这就减小了电源的体积,并降低了成本,使得逆变电源的开关频率、动态压降均减小。
但是该种电源也有缺点,就是对非线性负载的适应性不强。
第三代的逆变电源是应对前两种电源中出现的缺点而提出的。
第三代逆变电源采用MOSFET管,理论上说这种加强型绝缘栅场效应管无需驱动功率,因此不存在驱动电流的多次放大,驱动只要使MOS绝缘栅充电过程中输出一定的脉冲幅度,即可使开关管导通,并且其栅极并不消耗功率。
该种逆变电源的出现大大提高了系统对非线性负载的适应性以及其动态特性。
1.4主要内容
通过前期对相关资料的查阅,本文分析和对比了全桥及半桥逆变结构及其控制方式的优缺点,通过比较,本文选用电压利用率较好、实际效果更好的单相全桥逆变电路作为本设计的主电路,随后介绍了系统辅助电路的设计,并给出了产生SPWM波形方法及其程序,最后利用Proteus软件完成了系统仿真,分析其有效性和可行性后做出了相应的实物。
本文的内容分为以下几个章节:
(1)介绍本课题的来源、目的及其意义,并介绍逆变电源的国内外研究概况及其研究方向。
(2)介绍逆变器的各种控制方式,通过对传统的逆变器控制方式与数字化控制方式的比较,得出数字化的逆变器是逆变器发展的趋势。
(3)介绍逆变系统的基本结构,具体分析SPWM单相全桥逆变电路的工作原理及单极性、双极性SPWM控制方式,给出了SPWM控制脉冲的实现方法,即利用单片机芯片生成SPWM波。
(4)本章主要是对系统硬件的设计,通过分析并计算逆变器中的元器件的参数并选择各元器件的型号,对整个硬件系统平台进行了详细的设计,主要包括逆变主电路、控制电路、主电路的驱动电路及保护电路的设计。
(5)逆变电源的制作。
(6)总结。
2逆变器的主要控制方式
传统的逆变器控制方式有模拟控制和模数结合控制两种方式,但是在这两种控制方式下的逆变系统结构复杂、成本较高。
随着对逆变器性能要求的越来越高,同传统控制方式比较,数字化的逆变器成本低、控制简单、可调性强,数字化逆变器的优点使它成为了逆变器发展的一种趋势。
2.1逆变器的模拟控制方式
2.1.1电压型控制方式
电压型控制方式作为传统模拟控制方式中最常使用的控制方式。
它的结构及控制图如2-1所示。
图中的误差信号Ue是通过基
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