单相变频电源设计原版文档格式.docx
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摘要
随着科技和现代工业的发展,变频电源在当今社会的发展起着非比寻常的作用。
由于世界各国电网指标不统一,出口电器厂商需要电源模拟不同国家的电网状况,为工程师在设计开发、生产线测试及品保的产品检测、寿命、过高压/低压模拟测试等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真、高稳定的频率和稳压率的正弦波电力输出;
进口原装电器、设备的用户也需要对我国电网进行变压、变频以保证进口电器、设备的正常运转;
满足航空电子及军事设备高频的需求。
本篇论文设计的变频电源属于单相正弦波交流电源(AC-DC-AC)。
此次电源系统设计包括主电路、控制电路和保护电路。
论文首先介绍了变频电源的发展情况;
然后阐述了变频电源的工作原理;
接着介绍电源系统(EG8010)方案的确定;
紧接着详细介绍了系统电路设计,包括变频控制电路、保护电路以及驱动电路;
其中变频控制电路采用了芯片EG8010线性可调电路;
最后介绍了AT89C51单片机辅助系统的软件和硬件设计,包括设计的具体过程和调试结果,并给出了系统原理图和程序清单。
关键词:
变频电源,EG8010,MOSFET,单相正弦波交流电源,逆变控制电路
ABSTRACT
Withthedevelopmentofmodernindustry,scienceandtechnology,variablefrequencypowersupplyintoday'
ssocietyplaysanunusualrole.Duetothegridindexisnotuniformaroundtheworld,exportelectronicsmakersneedpowersimulationgridconditions,indifferentcountriesforengineersindesign,development,productionlinetestingandqualityassuranceofproducttesting,lifespan,highvoltage/lowvoltagesimulationtestapplicationsprovidecleanandreliable,lowharmonicdistortion,highstablefrequencyandvoltageregulationrateofsinewavepoweroutput.Importoriginalelectricalappliances,equipmentusersalsoneedtothepowergridvariablevoltageandfrequencytoensurethenormaloperationofimportedequipmentinChinasoastomeettheneedsofavionicsandhighfrequencyofmilitaryequipment.
Thispaperdesignfrequencyconversionpowerbelongstothesingle-phasesinewaveACpower(AC-DC-AC).Thepowersupplysystemdesignincludingmaincircuit,controlcircuitandprotectioncircuit.Thedevelopmentofvariablefrequencypowersupplyisfirstlyintroducedinthepaper.Thentheworkingprincipleoffrequencyconversionpowerisexpoundedon.Theschemeofpowersupplysystem(EG8010)isappliedinthedevelopment.Andthesystemcircuitdesign,includingthefrequencyconversioncontrolcircuit,protectioncircuitanddrivercircuitarecompleted.LinearadjustablecircuitofTheEG8010chipisadoptedtocontrolthefrequencyconversion.Finally,thesoftwareandhardwareofintroducedtheAT89C51MCUauxiliarysystemaredesigned,includingthespecificprocessofthedesignanddebugresults,andthesystemschematicdiagramandtheprogramlistingisgiven.
KeyWords:
Variablefrequencypowersupply,EG8010,MOSFET,Single-phasesinusoidalacpowersupply,invertercontrolcircuit
第1章概论
1.1电源的基本概念
电源是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,它提供计算机中所有部件所需要的电能。
电源功率的大小,电流和电压是否稳定,将直接影响计算机的工作性能和使用寿命[1]。
根据电源的使用范围可分为普通电源和特种电源。
普通电源可细分为开关电源、逆变电源、交流稳压电源、直流稳压电源、DC/DC电源、通信电源、模块电源、变频电源、变压器电源等。
特种电源又可细分为:
岸电电源、安防电源、高压电源、医疗电源、军用电源、航空航天电源、激光电源、其他特种电源。
1.2变频电源与变频器的区别
变频电源是由整个电路构成交流一直流一交流一滤波的变频装置,得到了广泛应用。
变频电源不仅能模拟输出不同国家的电网指标,而且也为出口电器厂商在设计开发、生产、检测等应用中提供纯净可靠的、低谐波失真的、高稳定的电压和频率的正弦波电源输出。
变频电源是非常接近于理想的交流电源,可以输出任何国家的电网电压和频率[2]。
变频器是由交流一直流一交流(调制波)等电路构成的,变频器的标准名称应为变频调速器。
其输出电压的波形为脉冲方波,且谐波成分多,电压和频率同时按比例变化,不可分别调整,不符合交流电源的要求。
1.3变频电源的分类
变频电源主要有二大种类:
线性放大型和SPWM开关型。
变频电源工作方式主要分为交—直—交变频和交—交变频两大类,交—直—交变频又可分为电压型和电流型两大类,交—交变频多为电压型,也有少量使用电流型。
变频电源控制方式分为电压型、电流型、脉冲宽度调制型等。
变频电源按输出电压形式不同可分为单相变频电源和三相变频电源[2]。
1.4变频电源的应用
交流变频电源调速技术在工业发达国已得到广泛应用。
美国有60%-65%的发电量用于电机驱动,由于有效地利用了变频调速技术,仅工业传动用电就节约了15%-20%的电量。
采用变频电源调速,一是根据要求调速用,二是节能[3]。
交流变频调速有许多特点,如:
1)调速时平滑性好,效率高。
低速时,相对稳定性好;
2)调速范围较大,精度高;
3)起动电流低,对系统及电网无冲击,节点效果明显;
4)变频电源体积小,便于安装、调试、维修简便;
5)易于实现过程自动化;
6)必须有专用的变频电源、稳压器、而这些设备目前造价较高;
7)在恒转矩调速时,低速段电动机的过载能力大为降低。
交流拖动本身存在可疑挖掘的节电潜力。
在交流调速系统中,选用电机时往往留有一定余量,电机又不总是在最大负荷情况下运行;
如果利用变频电源调速技术,轻载时,通过对电机转速进行控制,就能叨叨节电的目的。
工业上大量使用风机、水泵、压缩机等,其用电量约占工业用电量的50%;
如果采用变频电源调速技术,既可大大提高其效率,又可减少10%的电能消耗。
变频电源在科学研究与产品研发上也得到了广泛应用,被用做测试电源。
下面是变频电源在多个行业和领域中的应用:
★在家电业制造业中的应用,如:
空调设备、咖啡机、洗衣机、榨汁机、微波炉、收录音机、冰箱、DVD、洗尘器、电动剃须刀等产品的测试电源;
★在电机、电子设备制造业中的应用,如:
交换式电源供应器、变压器、电子安定器、AC风扇、不断电系统、充电器、继电器、压缩机、马达、被动元件等产品的测试电源;
★在IT产业及电脑设备制造业中的应用,如:
传真机、影印机、碎纸机、印表机、扫描器、烧录机、伺服器、显示器等产品的测试电源;
★在实验室或测试部门的应用,如:
交流电源测试、产品寿命及安全测试、电磁相容测试、OQC(FQC)测试、产品测试及研发、研究单位最佳交流电源;
★在航空与军事单位中的应用,如:
机场地面设施、船舶、航天、军事研究所等的测试电源。
1.5变频电源的发展趋势
变频电源产品在发达国家的广泛应用,上世纪80年代后期,以日本品牌为代表的外资品牌开始涌进中国大陆,成为中国变频电源行业的开端。
经过20余年的推广和使用,变频电源这一产品已经得到广大企业用户的认可,外资品牌从三肯、富士两个品牌发展到目前的40余个,同时涌现了近百个内资品牌,品牌总数达到140多个。
从整体看,虽然国产品牌的数量众多,但绝大多数产销规模很小,综合竞争力较弱。
与发达国家相比,我国的变频电源技术相对落后。
20世纪80年代初,大连电机厂引进日本东芝的变频技术。
接着日本三垦公司、日本富士电机公司把变频电源推进中国,使我国的电机调速打破了直流调速的垄断局面,开始了交流电机变频调速时代。
1996年,国家原机械部等四部委推荐国产29个厂家33个规格的变频电源,但由于大部分本土企业受技术、资金和体制等方面制约,发展较慢,难以形成和国外品牌抗争的局面。
变频电源是运动控制系统中的功率变换器。
当今的运动控制系统包含多种学科的技术领域,总的发展趋势是:
驱动的交流化,功率变换器的高频化,控制的数字化、智能化和网络化。
因此,变频器作为系统的重要功率变换部件,提供可控的高性能变压变频电源而得到迅猛发展。
随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展,变频器的性能价格比越来越高,体积越来越小,而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。
变频器性能的优劣,一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响;
二要看对电网的谐波污染和输入功率因数;
三要看本身的能量损耗(即效率)如何。
变频电源主电路的拓扑结构方面:
变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器,而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。
负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器,而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。
对于四象限运行的转动,为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量,网侧变流器应为可逆变流器,同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器,对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波,减少对电网的公害脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制
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