正弦波逆變電源精選(九篇)

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第1篇：正弦波逆變電源范文

關(guān)鍵詞：逆變電源；SPWM；并聯(lián)運(yùn)行；PID控制

中圖分類號：TN99 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0007-03

1 主電路參數(shù)設(shè)計與選型

1.1 直流電壓，額定電流與IGBT選型

選擇輸出線電壓有效值為380V+-5%，額定容量100 kVA，故選擇直流電壓、額定電流如下：

本實(shí)驗(yàn)采用Universal Bridge來實(shí)現(xiàn)IGBT，如圖1和圖2所示。

1.2 主電路設(shè)計與參數(shù)

本三相四線電路采取SPWM控制逆變電路，利用正弦波與三角波比較產(chǎn)生的反映正弦波特性的一系列不同寬度的脈沖，這些脈沖序列作為開啟/關(guān)閉逆變橋開關(guān)器件的信號，使直流電壓變?yōu)橐幌盗兄芷谛噪A梯波，波形在電容的作用下得到近似正弦波的波形，并在輸出濾波電路的作用下最終生成正弦波；本實(shí)驗(yàn)的逆變電路是三相可控全橋式逆變電路，并且由兩個逆變器并聯(lián)工作。[1]如圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示。

2 輸出濾波電路參數(shù)設(shè)計過程

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況，選取阻尼比ξ=0.8，期望自然振蕩頻率？棕=3 500 rad/s，n=10來計算。

5 非線性負(fù)載下靜態(tài)均流效果仿真與結(jié)果分析

5.1 RLC負(fù)載

負(fù)荷電路圖，如圖9所示。電壓電流波形圖，如圖10所示。電壓諧波分析，如圖11所示。

5.2 二極管負(fù)載

負(fù)荷電路圖（其中一相），如圖12所示。電壓電流波形圖，如圖13所示，電壓諧波分析，如圖14所示。

6 線性負(fù)載變化動態(tài)均流效果仿真與結(jié)果分析

電路圖，如圖15所示。

電壓電流波形，如圖16所示。

電壓諧波分析，如圖17所示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng)第1版[M].北京：清華大學(xué) 出版社，2006：66-83.

第2篇：正弦波逆變電源范文

【關(guān)鍵詞】：無工頻變壓器；電路；電源

中圖分類號： TM4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

一、正弦波逆變器的設(shè)計要求和主電路形式及參數(shù)

1.1逆變電源的設(shè)計要求和目標(biāo)

1）輸出電壓：輸出為單相220VAC（有效值），頻率為50Hz±1Hz。

2）輸出功率：4KW，允許過載20%，既Pomax=4800W。

3）輸出電流：允許失真度為3倍，既在電壓峰值時的電流峰值允許最大為有效值的3倍。最大有效值為Pomax/Voe=4800W/220V≈16.5A。

4）整機(jī)效率：設(shè)計目標(biāo)η≥78%。

5）輸入電壓：輸入：110/220V直流電壓波動±15%

1.2主電路形式選擇

1.2.1無工頻變壓器的逆變電源工作原理

逆變電路以PWM方式首先將220VDC電壓逆變成高頻方波，經(jīng)高頻升壓變壓器升壓，再整流濾波得到一個穩(wěn)定的直流電壓，比如350VDC。這部分電路實(shí)際上是一套直流/直流變換器，既DC/DC或DC-DC。然后，由另一套逆變器以SPWM方式工作，將穩(wěn)定的直流電壓逆變成有效值稍大于220V的SPWM電壓波形，經(jīng)LC濾波后，就可以得到有效值為220V的50Hz交流電壓。

1.2.2主電路形式

無工頻變壓器的逆變電源實(shí)際上包含兩部分：一套DC/DC和一套SPWM逆變器。DC/DC的設(shè)計這里我們不討論。所以，這里只討論SPWM逆變主電路，其電路形式如下圖所示,電源350V。

單相SPWM逆變主電路

1.3 參數(shù)設(shè)計

1.3.1開關(guān)管

逆變器允許輸出峰值電流為

Im=3Iom=3*5.5A=16.5A

所以開關(guān)管選擇額定電壓為600V，額定電流30A。

1.3.2 LC濾波

L為工頻電感，電感量可選為1～3mH。為減小噪聲，選閉合鐵芯，如OD型硅鋼鐵芯（400Hz）或鐵粉芯鐵芯。

C為工頻電容，可以選CBB61-10µF-250VAC。

1.4 整體電路（如下圖）

二、逆變控制電路的設(shè)計

2.1 SG3525結(jié)構(gòu)框圖和引腳功能

逆變電源控制電路的核心是SPWM發(fā)生器。系統(tǒng)采用SG3525來實(shí)現(xiàn)SPWM控制信號的輸出，該芯片其引腳及內(nèi)部框圖如下圖所示。

直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的+5 V基準(zhǔn)電壓。+5 V再送到內(nèi)部(或外部)電路的其它元器件作為電源。

振蕩器腳5須外接電容CT ,腳6須外接電阻RT ,振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定，f=1.18／RTCT ,逆變橋開關(guān)頻率定為10kHz，取CT=O．22μF，RT=5 kΩ。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端?；蚍情T的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補(bǔ)，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管V1及V2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證V1及V2不同時導(dǎo)通。最后，V1及V2分別輸出相位相差180°的PWM波。

2．2 SPWM調(diào)制信號的產(chǎn)生

要得到正弦電壓的輸出，就要使逆變電路的控制信號以SPWM方式控制功率管的開關(guān)，所得到的脈沖方波輸出再經(jīng)過濾波就可以得到正弦輸出電壓。通過SG3525來實(shí)現(xiàn)輸出正弦電壓，首先要得到SPWM的調(diào)制信號，而要得到SPWM調(diào)制信號，必須得有一個幅值在l～3.5V，按正弦規(guī)律變化的饅頭波，將它加到SG3525腳2，并與鋸齒波比較，就可得到正弦脈寬調(diào)制波實(shí)現(xiàn)SPWM的控制電路框圖,如圖下所示。

基準(zhǔn)50Hz的方波是由555芯片生成的，用來控制輸出電壓有效值和基準(zhǔn)值比較產(chǎn)生的誤差信號，使其轉(zhuǎn)換成50Hz的方波，經(jīng)過低頻濾波，得到正弦的控制信號。當(dāng)電源輸出電壓發(fā)生變化時，會改變正弦信號的幅值，使SG3525輸出脈寬也發(fā)生相應(yīng)的變化，這就構(gòu)成了一個閉合的反饋回路，能有效穩(wěn)定輸出的波形。

三、其他回路設(shè)計

3.1 過電流保護(hù)電路

過電流保護(hù)采用電流互感器作為電流檢測元件，其具有足夠快的響應(yīng)速度，能夠在IGBT允許的過流時間內(nèi)將其關(guān)斷，起到保護(hù)作用。

從整體電路圖可知，過流保護(hù)信號取自CT2，經(jīng)分壓、濾波后加至電壓比較器的同相輸入端，如上圖所示。當(dāng)同相輸入端過電流檢測信號比反相輸入端參考電平高時，比較器輸出高電平，使D2從原來的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?，并把同相端電位提升為高電平，使電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平。同時，該過電流信號還送到SG3525的腳10。當(dāng)SG3525的腳10為高電平時，其腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會立即消失而成為零。

3.2 驅(qū)動電路的設(shè)計

驅(qū)動電路的設(shè)計既要考慮在功率管需要導(dǎo)通時，能迅速地建立起驅(qū)動電壓，又要考慮在需要關(guān)斷時，能迅速地泄放功率管柵極電容上的電荷，拉低驅(qū)動電壓。具體驅(qū)動電路如下圖所示。

其工作原理是：

1)當(dāng)光耦原邊有控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時，光耦導(dǎo)通，使Q1的基極電位迅速上升，導(dǎo)致D2導(dǎo)通，功率管的柵極電壓上升，使功率管導(dǎo)通；

2)當(dāng)光耦原邊無控制電路的驅(qū)動脈沖電流流過時，光耦不導(dǎo)通，使Q1的基極電位拉低，而功率管柵極上的電壓還為高，所以導(dǎo)致Q1導(dǎo)通，功率管的柵極電荷通過Q1及電阻R3速泄放，使功率管迅速可靠地關(guān)斷。

當(dāng)然，對于功率管的保護(hù)同樣重要，所以在功率管源極和漏極之間要加一個緩沖電路避免功率管被過高的正、反向電壓所損壞。

如需減小電源體積，驅(qū)動電路可以選擇IR2110集成芯片。

3.3 欠壓電路

SG3525內(nèi)部自帶欠壓保護(hù)，故不用設(shè)計。

四、逆變器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

第3篇：正弦波逆變電源范文

【關(guān)鍵字】電力系統(tǒng)諧波；治理方案；弧焊逆變電源

1 諧波簡介

1.1 諧波定義

從嚴(yán)格的意義來講，諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進(jìn)行傅里葉級數(shù)分解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。從廣義上講，由于交流電網(wǎng)有效分量為工頻單一頻率，因此任何與工頻頻率不同的成分都可以稱之為諧波。

1.2 諧波產(chǎn)生的原因

由于正弦電壓加壓于非線性負(fù)載，基波電流發(fā)生畸變產(chǎn)生諧波。主要非線性負(fù)載有UPS、開關(guān)電源、整流器、變頻器、逆變器等。

1.3 諧波的危害

降低系統(tǒng)容量如變壓器、斷路器、電纜等 ；加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備使用壽命，甚至損壞設(shè)備 ；危害生產(chǎn)安全與穩(wěn)定；浪費(fèi)電能。

2 諧波治理

目前常用的諧波治理的方法無外乎有兩種，無源濾波、有源濾波，時常輔以無功補(bǔ)償。

2.1 無源濾波

2.1.1 無源并聯(lián)濾波器

現(xiàn)有的諧波濾除裝置大都使用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需要使用一組濾波器，通常需要使用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。多組濾波器的使用造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增高，并且由于通常的系統(tǒng)中含有無限多種頻率的諧波成分，因此無法將諧波全部濾除。不僅如此，由于并聯(lián)濾波器對諧波的阻抗很低，通常會使諧波源產(chǎn)生更大的諧波電流，諧振在不同頻率的濾波器還會互相干擾，例如7次諧波濾波器就可能會放大5次諧波。

工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的復(fù)雜性，使用并聯(lián)濾波器的方法顯然無法對付無限頻率成分的諧波。

2.1.2 無源串聯(lián)濾波器

電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，由此構(gòu)造一個串聯(lián)諧振點(diǎn)為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉所有的諧波。

當(dāng)諧波電流由外網(wǎng)竄入而影響內(nèi)網(wǎng)負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行時，在電源與負(fù)荷設(shè)備之間接入串聯(lián)濾波器就可以阻擋諧波保證負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行。

當(dāng)諧波由內(nèi)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生而影響系統(tǒng)時，產(chǎn)生諧波的設(shè)備即為諧波源，在諧波源與電源之間接入串聯(lián)濾波器就可以使諧波源產(chǎn)生的諧波電流大幅度減小。

當(dāng)串聯(lián)濾波器連接在電源與諧波源之間時，諧波源的輸入電壓波形會發(fā)生嚴(yán)重畸變，正時這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變可能會影響諧波源控制電路的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)控制電路不能正常運(yùn)行的情況，應(yīng)該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。

2.2 有源諧波濾除裝置

有源諧波濾除裝置是在無源濾波裝置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

2.2.1 有源濾波裝置的優(yōu)點(diǎn)

有源濾波裝置能做到適時補(bǔ)償，且不增加電網(wǎng)的容性元件，濾波效果好，在其額定的無功功率范圍內(nèi)，濾波效果是百分之百的。

2.2.2 有源濾波裝置的缺點(diǎn)

有源濾波裝置由于受到電力電子元件耐壓，額定電流的發(fā)展限制，成本極高，其制作也較之無源濾波裝置復(fù)雜得多，成本也就高得多了。

2.2.3 有源濾波裝置的原理

有源濾波裝置主要是由電力電子元件組成電路，使之產(chǎn)生一個和系統(tǒng)的諧波同頻率、同幅度，但相位相反的諧波電流與系統(tǒng)中的諧波電流抵消。

2.2.4 有源濾波裝置的適用場合

有源濾波器主要的應(yīng)用范圍是計算機(jī)控制系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，尤其是寫字樓的供電系統(tǒng)，工廠的計算機(jī)控制供電系統(tǒng)。

2.2.5 有源濾波裝置的現(xiàn)狀

對單臺的有源濾波裝置而言，其利潤是可觀的，但用戶一般不愿意用有源濾波，對于諧波的含量，不必濾得太干凈，只要不危害其他用電器也就可以了。

2.3 無功補(bǔ)償概述

無功功率對供電系統(tǒng)和負(fù)荷的運(yùn)行都是十分重要的。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)元件的阻抗主要是電感性的。因此，粗略地說，為了輸送有功功率，就要求送電端和受電端的電壓有一相位差，這在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)；而為了輸送無功功率，則要求兩端電壓有一幅值差，這只能在很窄的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

網(wǎng)絡(luò)元件和負(fù)載所需要的無功功率必須從網(wǎng)絡(luò)中某個地方獲得。顯然，這些無功功率如果都要由發(fā)電機(jī)提供并經(jīng)過長距離傳送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法應(yīng)是在需要消耗無功功率的地方產(chǎn)生無功功率，這就是無功補(bǔ)償。

3 弧焊逆變電源

3.1 弧焊逆變電源諧波

弧焊逆變電源作為一種典型的電力電子裝置,雖然具有體積小、質(zhì)量輕、控制性能好等優(yōu)點(diǎn),但其電路中存在整流和逆變等環(huán)節(jié),導(dǎo)致電流波形畸變,產(chǎn)生大量的高次諧波。高次電壓和電流諧波之間存在嚴(yán)重相移,導(dǎo)致焊機(jī)的功率因數(shù)很低。諧波產(chǎn)生的原因主要有以下兩方面因素:

3.1.1 逆變電源內(nèi)部干擾源逆變電源是一個強(qiáng)電和弱電組合的系統(tǒng)。在焊接過程中,焊接電流可達(dá)到幾百甚至上千安培。因電流會產(chǎn)生較大的電磁場,特別在逆變主電路采用高逆變頻率的焊接電源系統(tǒng)中,整流管整流,高頻變壓器漏磁,控制系統(tǒng)振蕩,高頻引弧,功率管開關(guān)等均會產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波干擾。

3.1.2 逆變電源外部干擾源電網(wǎng)上的污染對電源系統(tǒng)來說是較為嚴(yán)重的干擾。由于加到電網(wǎng)上的負(fù)載千變?nèi)f化,這些負(fù)載或多或少對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波干擾,如大功率設(shè)備的使用使電網(wǎng)電壓波形產(chǎn)生畸變,偶然因素造成瞬時停電,高頻設(shè)備的開啟造成電網(wǎng)電壓波形具有高頻脈沖、尖峰脈沖成分。

3.2 軟開關(guān)技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)向著高頻率、高功率密度方向發(fā)展,硬開關(guān)工作方式的開關(guān)損耗及諧波干擾問題日益突出。從提高變換效率、器件利用率,增強(qiáng)電磁兼容性以及裝置可靠性著眼,軟開關(guān)技術(shù)對任何開關(guān)功率變換器都是有益的。在某些特殊情況(如有功率密度要求或散熱條件限制場合)下尤為必要。在無源與有源兩大類軟開關(guān)技術(shù)中,不使用額外開關(guān)元件、檢測手段和控制策略的無源方式有著附加成本低,可靠性、變換效率及性能價格比高等諸多優(yōu)勢,在工業(yè)界單端變換器制造領(lǐng)域基本確立了主流地位。對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言,串電感和并電容的方法是唯一的無源軟開關(guān)手段,由此演變而來的所謂無源軟開關(guān)技術(shù),實(shí)際上就是無損耗吸收技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

第4篇：正弦波逆變電源范文

關(guān)鍵詞 太陽能 全橋逆變電路 保護(hù)電路

0前言

目前，能源結(jié)構(gòu)仍以煤、石油、天然氣等一次能源為主，隨著能源需求的增加，這些一次能源儲量正在日趨枯竭。同時，煤、石油、天然氣等常規(guī)能源在滿足能源需求的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞。因而，要解決能源需求問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源。

小型高效率太陽能逆變電源將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過能量存儲、變換、控制等環(huán)節(jié)，向負(fù)載提供交流電源，可應(yīng)用于各種功率較低的電器，如照明設(shè)備等，對于節(jié)能環(huán)保具有重大意義。

1太陽能電池板儲能

太陽能電池板作為太陽能逆變電源中的核心部分，將太陽能電池通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)化成電能，進(jìn)而用蓄電池中存儲起來，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

儲能蓄電池一般為鉛酸電池，有12V和24V這兩種，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。本設(shè)計采用24V鉛酸電池。

2逆變電路設(shè)計

逆變主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有全橋、半橋、推挽等結(jié)構(gòu)。本文所設(shè)計的逆變電源采用全橋結(jié)構(gòu)，電路如下圖2所示。

逆變電源結(jié)構(gòu)由全橋逆變電路、升壓變壓器及LC濾波電路構(gòu)成。其中，全橋逆變電路的每個橋臂由可控器件MOSFET以及反并聯(lián)的二極管組成，橋臂VT1、VT4為一對，橋臂VT2、VT3為一對，對角橋臂輪流控制導(dǎo)通，二極管實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用；升壓變壓器可將電壓升高到系統(tǒng)所需的電壓等級，具有電氣隔離、升壓和儲能的作用；濾波電路由電感Lf和電容Cf構(gòu)成，濾除輸出電壓中的高次諧波分量， 實(shí)現(xiàn)正弦波輸出。

3保護(hù)電路設(shè)計

為保證電路正常工作，除了主電路之外，還需設(shè)計必要的保護(hù)電路。

3.1蓄電池反接保護(hù)

蓄電池反接保護(hù)如圖3所示， D0為防反二極管，F(xiàn)U為保險絲。二極管D0及保險絲FU構(gòu)成蓄電池反接保護(hù)電路，當(dāng)蓄電池反接時，二極管D0及保險絲FU構(gòu)成短路回路，過大的短路電流使保險絲L1快速熔斷，從而保護(hù)了蓄電池充電電路中的其它元器件。

3.2 MOSFRT過壓保護(hù)

為了抑制MOSFET關(guān)斷時的過電壓并減小其關(guān)斷損耗，需設(shè)置關(guān)斷緩沖吸收電路。常見的關(guān)斷緩沖吸收電路分為充放電型和放電阻止型兩類。而充放電型的吸收效果好于放電阻止型，本設(shè)計采用RCD充放電型關(guān)斷緩沖吸收電路，電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。

RCD吸收電路并聯(lián)在MOSFET的漏極和源極兩端，關(guān)斷時吸收電容C的電壓從零開始充電上升，具有較好的過電壓吸收效果。但電容C從零電壓開始充放電的電流通過電阻R，造成其功耗較大，當(dāng)運(yùn)行頻率較高時，會嚴(yán)重影響裝置的運(yùn)行效率。

4小結(jié)

隨著電力電子器件的進(jìn)步及各種新型電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究，太陽能逆變電源的應(yīng)用將有更為廣闊的發(fā)展前景。本設(shè)計中的太陽能逆變電源還有值得改進(jìn)的地方，在調(diào)試中將進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)

[1] 史衛(wèi)華，陳玉.獨(dú)立式太陽能光伏逆變電源的研究[J].信息與電腦：理論版，2010（3）.

[2] 肖嘯，許德富，等.太陽能電池的光學(xué)管理基本概念[J].四川大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（5）.

第5篇：正弦波逆變電源范文

【關(guān)鍵詞】TMS320F2818；SPWM；事件管理器

【Abstract】This paper introduced method to generate the three-phase full-bridge voltage inverter SPWM Modulation principle and TMS320F2812 chip. It described the use EV generates three-phase SPWM mothod.Finally the experimental results were illustrated， the output waveform is smooth and scale distortion is low.

【Key words】TMS320F2812； SPWM； Event Manager

0 前言

隨著交流異步電機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，交流伺服驅(qū)動成為現(xiàn)代伺服驅(qū)動的主流方向，正弦脈寬調(diào)制技術(shù)SPWM是逆變技術(shù)的核心。早期通過模擬電路和數(shù)字電路硬件產(chǎn)生SPWM，雖然波形穩(wěn)定精確，但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜、參數(shù)修改麻煩。現(xiàn)在主流的控制方式是通過單片機(jī)等微控制器實(shí)現(xiàn)SPWM的控制，隨著信息化的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量的增大，對實(shí)時性和精度也提出了更高的要求，越來越多的用戶開始選用DSP來提高產(chǎn)品的性能。

本文介紹一種DSP處理器TMS320F2812實(shí)現(xiàn)SPWM信號的生成，并將產(chǎn)生的SPWM應(yīng)用于三相逆變電源。

1 SPWM生成方法

將正弦波分成N份，可以將正弦半波視為N個相連的脈沖序列所成的波形，并且這些脈沖寬度都為？仔/N，幅值按正弦規(guī)律變化。根據(jù)面積等效原理，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)時的效果相同?？梢杂脭?shù)量相同的等幅不等寬的矩形脈沖代替正弦波，且矩形脈沖和相應(yīng)正弦波部分沖量相等。三相橋式逆變電路如圖1所示，采用的是雙極性控制方法，其調(diào)制的原理如下。U、V、W三相調(diào)制信號urU、urV、和urW依次相差120°，且共用一個三角波載波uc。以U相為例，當(dāng)urU>uc時，給上橋臂V1導(dǎo)通，下橋臂V4關(guān)斷，電壓UUN'=Ud /2。當(dāng)urU

圖1 三相橋式逆變電路

2 程序算法

根據(jù)SPWM的控制原理，在正弦波和三角波的交點(diǎn)時刻控制開關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM的方法稱為自然采樣法。這種方法雖然波形最接近正弦波，但要求解復(fù)雜的超越方程，因此工廠上應(yīng)用不多。規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較為廣泛的方法，圖2為規(guī)則采樣法原理圖。在三角波負(fù)峰值時刻tD對正弦波采樣得到D點(diǎn)，在D點(diǎn)作水平直線交三角波于A、B點(diǎn)，則tA時刻和tB時刻控制開關(guān)器件的通斷。

設(shè)正弦調(diào)制信號波為：

u=asin？棕t（1）

根據(jù)圖3可知：

■=■（2）

脈沖寬度為：

？啄=■（1+asin？棕tD）（3）

式中a為調(diào)制度（0

圖2 對稱規(guī)則采樣法

3 系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計

3.1 波形生成的方法

以U相為例，假設(shè)三角載波幅值為Ur，周期為Tr，頻率為fr。正弦調(diào)制信號波為u=asin？棕t。載波頻率fc和調(diào)制信號fr之比為載波比N=fc/fr。載波比N越大，輸出波形越趨向于正弦波。在三相PWM逆變電路中，為了使三相輸出波形嚴(yán)格對稱，必須取采用同步調(diào)制方式，并且載波比N為3的倍數(shù)。根據(jù)以上原則，取N=120，a=0.8。載波頻率為6kHZ，正弦波頻率為50HZ。根據(jù)？啄=■（1+asin？棕tD），其中tD為采樣時刻。

由此可見，DSP需要滿足以下幾個功能：連續(xù)增/減計數(shù)模式；比較和捕獲。

連續(xù)增/減計數(shù)模式：在給定初始值后，定時器先從初始值遞增到周期寄存器的值，在遞減直零，然后再從零開始遞增到周期寄存器的值，不斷循環(huán)下去。

比較：當(dāng)定時器數(shù)值變化時，其數(shù)值與比較寄存器數(shù)值相等時，通過引腳輸出電平變化，產(chǎn)生PWM波形。

捕獲：通過一個引腳輸入捕獲脈沖觸發(fā)，將計數(shù)器的值讀入捕獲寄存器并申請中斷。用來測量脈沖寬度。

由于三相全橋電路同一橋臂的兩個開關(guān)不能同時導(dǎo)通，否則會造成電源短路。所以DSP還必須有死區(qū)控制PWM電路功能。

3.2 TMS320F2812的EV模塊簡介

TMS320F2812是美國TI公司推出的定點(diǎn)32位DSP芯片，運(yùn)行時鐘150MHZ，處理信息能力150MIPS，I/O口豐富，最突出的優(yōu)點(diǎn)的是具備事件管理器EV（Event Manager）。它具有2個16位的通用定時器（通用定時器1和通用定時器2），3個比較單元（比較單元1、比較單元2、比較單元3），3個捕獲單元（捕獲單元1、捕獲單元2、捕獲單元3）以及正交編碼脈沖電路（QEP電路），其中每個比較單元可以產(chǎn)生一對互補(bǔ)的PWM波，三個比較單元生成6路PWM波可以驅(qū)動一個三相全橋電路；捕獲單元通過捕獲輸入脈沖的上升沿或下降沿測量出信號的時間間隔，利用六個邊沿檢測單元測量外部信號的時間差，從而確定電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；正交編碼電路可以對輸入的正交脈沖進(jìn)行編碼和計數(shù)從而得到旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件的速度、位置等信息。因此TMS320F2812適合用于工業(yè)控制和電機(jī)控制等領(lǐng)域。

3.3 硬件設(shè)計方法

定時器T1CON有四種計數(shù)模式（保持/停止模式；連續(xù)增/減計數(shù)模式；連續(xù)增計數(shù)模式；定向增/減計數(shù)模式）定時器T1工作模式取決于T1控制寄存器的第12位TMODE1和第11位TMODE0。為了得到三角波作為載波信號，令定時器T1控制寄存器T1CON取TMODE的值為1，定時器T1工作與連續(xù)增/減計數(shù)模式。

EVA模塊的PWM電路框圖如圖3所示，事件管理器EVA模塊有三個全比較單元，分別是比較單元1、比較單元2、比較單元3，它們的時鐘信號由通用定時器1來提供。每個比較單元能輸出一對互補(bǔ)的PWM波形，使得EVA能驅(qū)動一個三相全橋電路。當(dāng)通用定時器1計數(shù)器T1CNT與比較單元中的比較寄存器CMPRx（x=1，2，3）相等時，這是波形發(fā)生器改變引腳電平狀態(tài)，形成上升沿或下降沿，產(chǎn)生一對互補(bǔ)的PWM波形PHx和PHx_”（x=1，2，3）。通過死區(qū)單元設(shè)置死區(qū)，使得波形之間具有死區(qū)時間。最后輸出邏輯電路決定輸出的波形狀態(tài)。得到的具有死區(qū)時間的DTPHx和DTPHx_（x=1，2，3）。

圖3 EVA模塊的PWM電路功能框圖

3.4 軟件設(shè)計方法

主程序在系統(tǒng)初始化后根據(jù)式（3）計算出每個三角波中的脈沖寬度，形成正弦表，等待中斷標(biāo)志位的響應(yīng)。當(dāng)三角波周期到來前，將中斷子程序所得到的值分別送入比較寄存器CMPRx（x=1，2，3）中，使他們和通用計數(shù)器TICNT進(jìn)行比較，產(chǎn)生SPWM波形。圖4為系統(tǒng)程序流程圖。

圖4 系統(tǒng)程序流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

通過編寫好的程序下載至DSP開發(fā)板中并用示波器測量PWM1和PWM2引腳，波形穩(wěn)定毛刺不明顯，并且互補(bǔ)的兩路PWM間隔完全可以保證所需的死區(qū)時間，PWM波占空比以正弦規(guī)律變化。經(jīng)過LC濾波后輸出正弦波形，符合SPWM的調(diào)制規(guī)律，失真率低。

本研究利用了TMS320X2812的EV模塊，結(jié)合規(guī)則采樣法，實(shí)現(xiàn)了電壓型三相全橋逆變器的SPWM生成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，輸出波形光滑。電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，非常適合低成本高可靠性的應(yīng)用場合。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳瑩，陳延明，沈祺鋼.基于DSP的SPWM波設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].DSP開發(fā)與應(yīng)用，2008：2.

第6篇：正弦波逆變電源范文

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；逆變電源；鎖相；抗干擾

引言

本監(jiān)控系統(tǒng)是為鐵路用4kVA/25Hz主從熱備份逆變電源系統(tǒng)設(shè)計的。

4kVA/25Hz主從逆變電源是電氣化鐵路區(qū)段信號系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，有兩相輸出：110V/1.6kVA局部電壓（A相）；220V/2.4kVA軌道電壓（B相）；兩相均為25Hz，且要求A相恒超前B相90°。由于逆變器是給重要負(fù)載供電，且負(fù)載不允許斷電，故采用雙機(jī)熱備份系統(tǒng)，一旦主機(jī)發(fā)生故障，要求在規(guī)定時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)切換，因此，備份逆變器一直處于開機(jī)狀態(tài)。由于逆變器經(jīng)過了整流，逆變兩級能量變換，功率較大，且指標(biāo)要求較高，必須要采用先進(jìn)的控制技術(shù)；同時為了安全實(shí)現(xiàn)主從切換，也必須要有完善的監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)鎖相，保證整機(jī)的安全。

1監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計要求

根據(jù)實(shí)際情況，本系統(tǒng)主要完成以下功能：

1）主從切換功能主從控制之間實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無誤的切換，具有自動和手動兩種功能，保證切換時電壓同頻率，同相位，同幅值；

2）鎖相功能主從機(jī)組局部電壓同頻同相，同一機(jī)組內(nèi)A相恒超前B相90°；

3）完善的保護(hù)功能具有軟起動功能，以避免啟動瞬間電壓過沖對逆變器及負(fù)載的沖擊，以及輸出過壓、過流保護(hù)，頻率、相位超差保護(hù)，橋臂直通保護(hù)，過熱保護(hù)等；

4）顯示功能實(shí)時顯示運(yùn)行參數(shù)及工作狀態(tài)并具有聲光報警功能，以提示值班人員及時排除故障；

5）通信功能具有主從機(jī)組之間通信，與監(jiān)控中心（上位機(jī)）通信等功能；

6）抗干擾功能系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。

2系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

2.1DS80C320單片機(jī)簡介

DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位單片機(jī)。它與80C31/80C32兼容，使用標(biāo)準(zhǔn)8051指令集。與普通單片機(jī)相比有以下新特點(diǎn)：

1）為P1口定義了第二功能，從而共有13個中斷源（其中外部中斷6個），3個16位定時/計數(shù)器，兩個全雙工硬串行口；

2）高速性能，4個時鐘周期/機(jī)器周期，最高振蕩頻率可達(dá)33MHz，雙數(shù)據(jù)指針DPTR；

3）內(nèi)置可編程看門狗定時器，掉電復(fù)位電路；

4）提供DIP，PLCC和TQFP三種封裝。

2.2基于DS80C320的監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

按照上述系統(tǒng)設(shè)計要求，設(shè)計了如圖1所示的監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，分為微處理器及外設(shè)模塊，模擬量采集模塊，開關(guān)量采集模塊，頻率及相差測量模塊，控制量輸出模塊，人機(jī)接口模塊，同步信號模塊以及通信模塊。

1）微處理器及外設(shè)模塊微處理器采用DS80C320，非常適合于監(jiān)控。本系統(tǒng)充分利用前面已提及的特點(diǎn)，簡化了硬件設(shè)計與編程，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)系統(tǒng)需要擴(kuò)展了一片8255，一片E2PROM和一片8254。

2）模擬量采集模塊根據(jù)采集精度要求以及被采集量變化緩慢的特點(diǎn)，采用AD公司的高速12位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A，其內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換時間25μs，并通過ADG508A擴(kuò)展模擬量輸入通道。

3）開關(guān)量采集模塊首先經(jīng)光耦進(jìn)行隔離后，再通過與門送入單片機(jī)的外部中斷口，同時通過8255送入單片機(jī)，采取先中斷后查詢的方式。

4）頻率及相差測量模塊信號先經(jīng)過具有遲滯特性的過零比較器轉(zhuǎn)換為方波，然后通過雙四選一開關(guān)4052送入單片機(jī)，通過定時器T0來計算頻率和相差。

5）控制量輸出模塊通過光耦控制輸出，實(shí)現(xiàn)可靠隔離。

6）人機(jī)接口模塊包括按鍵和顯示部分。通過簡單的按鍵選擇，實(shí)現(xiàn)電流、電壓、頻率及相差的顯示。顯示部分采用8279驅(qū)動8位七段LED顯示，同時通過發(fā)光二極管和蜂鳴器提示運(yùn)行狀態(tài)。

7）同步信號模塊本模塊用來實(shí)現(xiàn)鎖相。單片機(jī)控制8254產(chǎn)生局部同步脈沖和軌道同步脈沖，同步脈沖用來復(fù)位正弦基準(zhǔn)。通過軟件控制同步信號的頻率，可實(shí)現(xiàn)主從鎖相和局部及軌道的相位跟蹤。具體實(shí)現(xiàn)過程將在下文詳述。

8）通信模塊采用了RS232和RS485兩種通信方式。利用串口0采用RS232實(shí)現(xiàn)與另一機(jī)組監(jiān)控單元的雙機(jī)通信，獲取對方機(jī)組狀態(tài)信息；利用串口1采用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，完成傳輸數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程報警等功能。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)軟件流程

主程序流程圖如圖2所示。系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先對單片機(jī)，芯片及控制狀態(tài)進(jìn)行初始化；然后讀取AC/DC模塊的工作狀態(tài)，若正常則啟動DC/AC模塊，否則轉(zhuǎn)故障處理；開啟DC/AC后，讀入其工作狀態(tài)并判斷輸出電壓是否滿足要求，有故障轉(zhuǎn)故障處理，正常則開啟故障中斷；接下來進(jìn)行主從機(jī)組判斷和相位跟蹤，實(shí)現(xiàn)主從相位同步和局部及軌道電壓的鎖相；只有在實(shí)現(xiàn)鎖相后，才采用查詢方式處理鍵盤及測量顯示。在軟件編制中，鍵盤中斷是關(guān)閉的。實(shí)驗(yàn)證明，對人機(jī)交互通道采用這種查詢處理方法，完全可以滿足系統(tǒng)的實(shí)時要求。開關(guān)量的輸入采取先產(chǎn)生中斷，后查詢的方法，保證了響應(yīng)的實(shí)時性和逆變系統(tǒng)的安全性。

3.2系統(tǒng)采用的主要算法和技術(shù)

3.2.1交流采樣算法

測量顯示大信號的交流量時，通過互感器得到適合A/D轉(zhuǎn)換的交流小信號，然后對小信號進(jìn)行采樣，最后對采樣數(shù)據(jù)采用一定的算法，得到正確的顯示值。均方根法是目前常用的算法，其基本思想是依據(jù)周期連續(xù)函數(shù)的有效值定義，將連續(xù)函數(shù)離散化，從而得出電壓的表達(dá)式

式中：n為每個周期均勻采樣的點(diǎn)數(shù)；

ui為第i點(diǎn)的電壓采樣值。

3.2.2數(shù)字濾波算法

A/D轉(zhuǎn)換時，被采樣的信號可能受到干擾，從采樣數(shù)據(jù)列中提取逼近真值數(shù)據(jù)時采用的軟件算法，稱為數(shù)字濾波算法。目前常用的方法有程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、滑動平均濾波等。根據(jù)本系統(tǒng)對采集精度有較高要求以及被采集的模擬量變化緩慢的特點(diǎn)，采用程序判斷濾波法和算術(shù)平均濾波法相結(jié)合的濾波方法，即進(jìn)行多周期采樣，取其算術(shù)平均值作為有效采樣值。每次采樣后和上次有效采樣值比較，如果變化幅度不超過一定幅值，采樣有效；否則視為無效放棄。

3.2.3單片機(jī)鎖相技術(shù)

本監(jiān)控系統(tǒng)一個很重要的功能是實(shí)現(xiàn)相位同步，即保證主從機(jī)組的相位同步和機(jī)組內(nèi)局部電壓相位恒超前軌道電壓相位90°。本系統(tǒng)鎖相的基本原理是，對于頻率相同而相位不同步的兩路信號，比如A路和B路，若A路為基準(zhǔn)，B路超前（滯后）一定的相位，可以通過適當(dāng)降低（增大）B路信號的頻率來實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整進(jìn)而鎖相，最后再把B路頻率置為原頻率值。

本系統(tǒng)中，單片機(jī)控制8254產(chǎn)生25Hz同步脈沖，同步脈沖用來復(fù)位正弦基準(zhǔn)，使基準(zhǔn)正弦波重新從零值開始?；鶞?zhǔn)正弦波與三角波比較產(chǎn)生SPWM波，經(jīng)逆變得到與基準(zhǔn)正弦同頻的交流輸出，因此，通過調(diào)整同步脈沖的頻率可改變正弦基準(zhǔn)的頻率，進(jìn)而可改變被調(diào)整輸出電壓的相位。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的鎖相要求，需要從機(jī)組局部電壓跟蹤主機(jī)組的局部電壓，各機(jī)組軌道電壓跟蹤本機(jī)組的局部電壓。因此，要有主從局部鎖相和局部軌道相位跟蹤兩個子程序。

鎖相的流程圖如圖3及圖4所示。首先由多路開關(guān)選擇要鎖相的兩路信號，由單片機(jī)測量相位差，并對所得相位差數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的運(yùn)算和處理后，判斷有無超差。倘若相位超差，則根據(jù)超差范圍確定同步脈沖的頻率值。如果是主從局部鎖相，則應(yīng)同時改變從機(jī)組局部和軌道的同步脈沖；否則，若為局部、軌道相位跟蹤，則只改變本機(jī)組軌道的同步脈沖。通過調(diào)整同步脈沖，可實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整。實(shí)現(xiàn)鎖相后，同步脈沖的頻率置為25Hz返回。

4抗干擾措施

由于該監(jiān)控系統(tǒng)工作于強(qiáng)電環(huán)境，很容易受到各種干擾的影響。干擾一旦串入系統(tǒng)，輕則會引起誤報，嚴(yán)重時就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，甚至造成重大事故。本系統(tǒng)從硬件和軟件兩方面采取了抗干擾措施，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

4.1硬件抗干擾措施

1）光電隔離在輸入和輸出通道上采用光耦合器件進(jìn)行信息傳輸，在電氣上將單片機(jī)與各種傳感器、開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離開來，可以較好地防止串模干擾。

2）加去耦電路在電源進(jìn)線端加去耦電容，削弱各類高頻干擾。

3）合理布置地線系統(tǒng)中的數(shù)字地與模擬地分開，最后在一點(diǎn)相連，避免了數(shù)字信號對模擬信號的干擾。

4）數(shù)字信號采用負(fù)邏輯傳輸騷擾源作用于高阻線路時易形成較大干擾，而在數(shù)字信號系統(tǒng)中，輸出低電平時內(nèi)阻要小些，因此，定義低電平為有效（使能）信號，高電平為無效信號，可減少干擾引起的誤動作，提高控制信號的可靠性。

4.2軟件抗干擾措施

1）利用可編程硬邏輯看門狗將單片機(jī)從死循環(huán)和跑飛狀態(tài)中拉出，使單片機(jī)復(fù)位。而DS80C320提供了內(nèi)部可編程硬邏輯看門狗，不須外加電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的超時復(fù)位。同時，DS80C320還為一些重要的看門狗控制位提供了訪問保護(hù)，防止單片機(jī)失控后對這些重要的控制位進(jìn)行非法操作，進(jìn)一步保證了程序的安全性。

2）對于數(shù)字信號采集，利用干擾信號多呈毛刺狀且作用時間短這一特點(diǎn)，多次重復(fù)采集，直到連續(xù)兩次或兩次以上采集結(jié)果完全一致才認(rèn)為有效。數(shù)字信號輸出時，重復(fù)輸出同一個數(shù)據(jù)，其重復(fù)周期盡可能短，使外部設(shè)備對干擾信號來不及作出有效反應(yīng)。

3）對模擬量的采樣和處理，采用數(shù)字濾波技術(shù)。

4）采用指令冗余和軟件陷阱，防止程序跑飛。

第7篇：正弦波逆變電源范文

【關(guān)鍵詞】風(fēng)光互補(bǔ)；逆變系統(tǒng)；分段充電

1.前言

隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的日益枯竭，太陽能、風(fēng)能等可再生能源的開發(fā)和利用成為研究熱點(diǎn)。太陽能和風(fēng)能是目前全球在新能源利用方面技術(shù)最成熟、最具規(guī)?；男袠I(yè)，事實(shí)上無論是風(fēng)電還是光伏發(fā)電，都有各自的缺點(diǎn)，穩(wěn)定性差、能量密度低常受天氣影響無法連續(xù)供電，如果兩者結(jié)合在一起，能量同時處于較低值的幾率就要小的多，可最大限度地開發(fā)和利用可再生能源。太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電兩者互補(bǔ)性的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了兩種新能源在自然資源的配置方面、技術(shù)方案的整合方面、價格與性能的對比方面達(dá)到了對新能源綜合利用的最合理的要求。一般小型戶用風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立電源系統(tǒng)由太陽能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、逆交變儲電系統(tǒng)，充放電控制系統(tǒng)構(gòu)成。逆變器是可再生能源并網(wǎng)發(fā)電中的關(guān)鍵設(shè)備，因此，研究開發(fā)高性能的逆變器具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.系統(tǒng)的總體設(shè)計

一套完善的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電部分、控制部分、負(fù)載部分、蓄電池和泄荷器等。各部分受風(fēng)光互補(bǔ)控制器控制，為離網(wǎng)型獨(dú)立電源。如圖1所示，逆變系統(tǒng)是整個風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)系統(tǒng)的重要組成部分，也是技術(shù)的關(guān)鍵所在。該部分的主要設(shè)計內(nèi)容包括：主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇與優(yōu)化，主開關(guān)元件的計算與選取，濾波、變壓器的參數(shù)設(shè)計，控制波形發(fā)生器的設(shè)計，功率開關(guān)管隔離驅(qū)動電路的設(shè)計，輔助開關(guān)電源的設(shè)計和各種檢測保護(hù)電路的設(shè)計等等；泄荷器的作用是：當(dāng)蓄電池已充滿，系統(tǒng)發(fā)電量大于負(fù)載用電量時，即發(fā)電量過剩時，為防止蓄電池過充以及確保逆變器正常工作，充電電路應(yīng)受控接通泄荷器，將多余的電能通過泄荷器消耗掉，充電和泄荷的轉(zhuǎn)換是通過智能充放電控制器實(shí)現(xiàn)的。

系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過采集相關(guān)的電流、電壓、溫度等檢測信號輸入到單片機(jī)的A/D接口作為控制充放電條件，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)而來判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，這樣既可控制風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的充電、泄荷，同時又可以在設(shè)定條件到達(dá)時對儲能組件充電。因此，充放電控制器軟硬件設(shè)計的合理是整個風(fēng)光互補(bǔ)電源系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。

3.系統(tǒng)模型及MPPT控制

光伏電池是一種能夠吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)換為電流的半導(dǎo)體裝置。流過負(fù)載的電流I與光伏電池輸出電壓U的關(guān)系可近似描述為：

（1）

式中：k為波爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23；q為電子的電荷量，q=1.60×10-19；Iph為光伏電池產(chǎn)生的電流；I0為光伏電池?zé)o光照時的飽和電流；T為溫度；Rsh為串聯(lián)電阻；n為p-n結(jié)因子。

由光伏電池的數(shù)學(xué)模型及U-I曲線可知，雖然其模型為非線性曲線，且隨光強(qiáng)和溫度變化，但曲線上光伏電池的輸出功率有一個單調(diào)的極值點(diǎn)，即U與I的乘積最大。據(jù)此調(diào)整負(fù)載，跟蹤最大功率點(diǎn)，即能得到光伏電池最大功率的輸出。

小功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般為直流無刷發(fā)電機(jī)，從風(fēng)中捕獲的能量為：

（2）

式中：Cp為風(fēng)機(jī)葉片效率；ρ為空氣密度；R為風(fēng)機(jī)葉片半徑；v為風(fēng)速。

在一定風(fēng)速下，如何提高Cp是提升風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的關(guān)鍵。Cp表示為風(fēng)輪葉尖速比TSR的函數(shù)風(fēng)機(jī)的功率和速度曲線具有明確的單個極值點(diǎn)，因此獲取最大能量的運(yùn)行模式是隨變化的風(fēng)速改變風(fēng)力機(jī)速度，使Cp保持在最大值，即可通過正確調(diào)節(jié)占空比的大小來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的MPPT控制。

4.逆變系統(tǒng)的設(shè)計

隨著分布式發(fā)電系統(tǒng)以及可再生新能源的日益發(fā)展，逆變器作為與大電網(wǎng)或微電網(wǎng)的接口電路，起著越來越關(guān)鍵的作用。逆交變控制技術(shù)必須滿足在各種復(fù)雜負(fù)載條件下為電網(wǎng)或負(fù)載提供高質(zhì)量的交流輸出。同時，可再生能源系統(tǒng)和分布式發(fā)電的快速發(fā)展，對逆變器的動態(tài)響應(yīng)性能、穩(wěn)態(tài)跟蹤特性以及抗干擾能力提出了更高的要求。

高性能逆變器數(shù)字控制策略有重復(fù)控制、無差拍控制和滑?？刂频?。重復(fù)控制調(diào)整時間較長；無差拍控制性能對系統(tǒng)參數(shù)依賴性強(qiáng)，魯棒性較差；滑?？刂茀?shù)設(shè)計較困難，存在開關(guān)頻率不定等問題?，F(xiàn)今逆變器廣泛應(yīng)用于可再生能源系統(tǒng)，例如光伏和風(fēng)電等系統(tǒng)中，逆變器通常需同時承受輸入電壓和輸出負(fù)載的擾動，變流器經(jīng)常工作在大信號擾動下。這時基于某一穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的小信號模型而設(shè)計的控制器會使系統(tǒng)響應(yīng)產(chǎn)生很大誤差，降低其輸出性能，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。

太陽能和風(fēng)能通過光電系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)利用控制器將能量轉(zhuǎn)化的電能儲存在蓄電池中。蓄電池輸出的低壓直流經(jīng)過直流升壓環(huán)節(jié)后整流濾波得到高壓直流。再通過逆變主電路和濾波電路，得到本文所需要的標(biāo)準(zhǔn)交流電壓，供用戶負(fù)載使用。

基于逆變的幾種主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，全橋逆變最適用于大功率場合。由正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）原理可知，從直流電壓到全橋輸出相當(dāng)于一個比例環(huán)節(jié)；即Ui=MUdc，其中Ud為直流母線電壓，Ui為逆變器輸出電壓，M為調(diào)制系數(shù)。逆變輸出為50 Hz的正弦波，逆變器的開環(huán)電氣模型如圖3所示：

逆變器開環(huán)模型的傳遞函數(shù)為：

（3）

式中：

當(dāng)逆變器做電壓閉環(huán)控制，根據(jù)負(fù)載和直流母線電壓Udc的變化調(diào)節(jié)PWM脈寬，得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的交流電壓輸出。除負(fù)載變化外，Udc的變化直接影響系統(tǒng)給負(fù)載提供電能的質(zhì)量和可靠性，因而穩(wěn)定的Udc是系統(tǒng)逆變電力質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。取Udc為被控量，可得系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：

（4）

式中：IPV為光伏發(fā)電模塊輸出電流；IWT為風(fēng)力發(fā)電模塊輸出電流；ICT為蓄電池儲能模塊輸出電流；ICD為電網(wǎng)整流輸出電流；IE為逆變器所需負(fù)載電流；C為直流平波電容容量。

根據(jù)系統(tǒng)模型，總控制器檢測直流母線消耗電流，分配給每個獨(dú)立的發(fā)電模塊進(jìn)行閉環(huán)電流控制，輸出主控制器指定的電流?？偪刂破魍猸h(huán)控制、監(jiān)測Udc，做電壓閉環(huán)。得到穩(wěn)定的Udc。同時與逆變器的電壓閉環(huán)進(jìn)行均衡控制，優(yōu)化逆變器輸出性能。

5.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)智能充電控制的設(shè)計

在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器輸入端的能量來源于蓄電池，而蓄電池中儲存的能量來源于太陽能和風(fēng)能這兩種綠色能源。系統(tǒng)具體構(gòu)成參數(shù)由使用時最大用電負(fù)荷與日平均用電量所決定。最大用電負(fù)荷是選擇系統(tǒng)逆變器容量的最根本依據(jù)，而平均日發(fā)電量則是選擇太陽能光伏板及風(fēng)機(jī)和蓄電池組容量的依據(jù)。同時系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的風(fēng)光資源狀況也是確定光電板和風(fēng)機(jī)容量的另一個依據(jù)。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中鉛酸蓄電池的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。充電控制方法的優(yōu)劣影響到鉛酸蓄電池的荷電量的大小，也關(guān)系到蓄電池的使用壽命。選擇合理的充電控制方法尤為重要。本設(shè)計采用了基于單片機(jī)控制的三階段智能充電方法。所謂三階段智能充電是指充電過程中的3個階段，即主充電階段、限流充電階段、浮充階段。

第一階段主充電階段，由電壓采樣電路獲取蓄電池的電壓狀況，當(dāng)電壓小于標(biāo)準(zhǔn)開路電壓時，由最大功率點(diǎn)跟蹤策略來找出風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的最佳工作點(diǎn)，以最大功率點(diǎn)電流對蓄電池進(jìn)行充電。太陽能電源、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以其所能提供的最大電流對蓄電池充電。由于太陽能光伏電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電流與天氣狀況有關(guān)，所以大電流的取值將在一定范圍之內(nèi)。保持大電流充電至后，進(jìn)入第二階段。第一階段的充電程度可達(dá)70%～90%。

第二階段過限流充電階段，以恒定的過標(biāo)準(zhǔn)電壓充電，以恒定的過標(biāo)準(zhǔn)電壓充電，在此階段，蓄電池仍未充滿，但是為了避免充電電流過大而造成電池極化，要對充電電流進(jìn)行逐漸的降低。隨著蓄電池端電壓的進(jìn)一步升高，電池電流進(jìn)一步降低，直到到達(dá)浮充電流（浮充電流一般為0.015C）值時，第二階段結(jié)束。

進(jìn)入第三階段。第二階段的充電程度近100%。但為了防止蓄電池淺放電，并且使端電壓維持在相對穩(wěn)定的值域，要對其進(jìn)行浮充電。即以浮充電流值對蓄電池進(jìn)行涓流充電，直到蓄電池虧電，然后進(jìn)行下一個周期的充電過程。

6.結(jié)束語

總之，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為獨(dú)立的電源系統(tǒng)，具有一定的合理性和可靠性，有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。在遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地區(qū)，獨(dú)立供電系統(tǒng)已經(jīng)成為人們最必須的電源。邊防哨所、郵電通訊的中繼站、公路、漁船和鐵路信號站、地質(zhì)勘探野外的工作站以及偏遠(yuǎn)的農(nóng)牧民都需要低成本、高可靠性的獨(dú)立電源系統(tǒng)；對于城市里的景觀燈、路燈等，隨著政府對節(jié)能環(huán)保的重視，應(yīng)用前景也相當(dāng)廣闊。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：正弦波逆變電源范文

關(guān)鍵詞：EPS UPS 節(jié)約性 獨(dú)立性

中圖分類號：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0056-01

1、EPS的工作原理

EPS是應(yīng)急電源系統(tǒng)--Emergency　Power　Supply的英文縮寫。EPS應(yīng)急電源是根據(jù)消防設(shè)施、應(yīng)急照明、事故照明等一級負(fù)荷供電設(shè)備的需要而組成的電源設(shè)備。設(shè)備由互投裝置、自動充電機(jī)、逆變器及蓄電池組等組成。在交流電網(wǎng)正常時逆變器不工作，經(jīng)過互投裝置給重要負(fù)載供電。當(dāng)交流電網(wǎng)斷電后，互投裝置將會立即投切至逆變電源供電。當(dāng)電網(wǎng)電壓恢復(fù)時，互投裝置將會投切至交流電網(wǎng)供電。

EPS逆變器是其元件的核心，通常采用DSP或單片CPU對逆變部分進(jìn)行SPWM調(diào)制控制，使之獲得良好的交流波形輸出；逆變器的作用是在市電非正常時，將蓄電池組存儲的直流電能變換成交流電輸出，供給負(fù)載設(shè)備穩(wěn)定持續(xù)的電力；整流充電器的作用是在市電輸入正常時，實(shí)現(xiàn)對蓄電池組適時充電；互投裝置保證負(fù)載在市電及逆變器輸出間的順利切換；系統(tǒng)控制器對整個系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時控制，并可以發(fā)出故障告警信號和接收遠(yuǎn)程聯(lián)動控制信號，并可通過標(biāo)準(zhǔn)通訊接口由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

下面介紹聚丙烯二期用EPS各單元執(zhí)行元件的配置及原理。

（1）整流充電器。根據(jù)要求整流器在所有充電狀態(tài)下，符合IEC478-1規(guī)定的恒壓及恒流特性。保證其有足夠的容量在規(guī)定的時間內(nèi)給完全放電的蓄電池再充電并給逆變器負(fù)荷供電。聚丙烯二期EPS充電電源采用進(jìn)口IGBT整流模塊，每組蓄電池配置獨(dú)立充電器。充電器內(nèi)充電模塊為N+1模式，即采用熱冗余方式為蓄電池充電，單個模塊故障不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。充電機(jī)的容量滿足系統(tǒng)運(yùn)行的要求。除逆變器和蓄電池外，整流器不接其它負(fù)荷。充電模塊帶熱插拔功能。具有溫度補(bǔ)償功能，溫度傳感器安裝在充分反映蓄電池環(huán)境溫度的位置。充電器可根據(jù)溫度自動調(diào)整充電電壓、電流，防止蓄電池過充電或欠充電，延長蓄電池使用壽命。

（2）蓄電池組。聚丙烯二期EPS蓄電池采用進(jìn)口德國松樹power系列免維護(hù)密閉型鉛酸蓄電池。在攝氏25度的使用環(huán)境下，電池組有10年使用期限，蓄電池的容量能在自放電時間內(nèi)給逆變器所帶負(fù)荷供電，同時維持逆變器的輸出電壓和頻率在規(guī)定的偏差范圍內(nèi)。蓄電池安裝在專門的柜體內(nèi)，并與整流逆變柜并列安裝，蓄電池柜帶熔斷式刀閘（帶防護(hù)罩）。蓄電池的容量可以保證在100%負(fù)載下正常放電不低于60min。

（3）逆變器。聚丙烯二期EPS采用進(jìn)口IGBT模塊逆變器。在接有完全放電的蓄電池時，逆變器能滿足其性能要求。逆變器自身帶有保護(hù)功能，在溫度過高或輸出直流過高或電壓過低時，逆變器停止工作。當(dāng)條件恢復(fù)正常后應(yīng)手動復(fù)歸。逆變器帶有防止過負(fù)荷和短路的限流功能。交流配電線路的保護(hù)裝置，在其由備用電源自動切回到正常電源時，通過靜態(tài)開關(guān)來啟動。逆變器的直流輸入，由整流器或電池供給。逆變器由主板數(shù)字控制，提供正弦波脈寬調(diào)制交流輸出，可以在120%過載下長期運(yùn)行，三相負(fù)載不平衡在100%情況下也可以正常運(yùn)行。逆變電源具有維修旁路，逆變切換時，由靜態(tài)開關(guān)來切換，轉(zhuǎn)換時間不超過3毫秒，滿流用電設(shè)備的需要。輸出波的諧波分量總均方根值不大于5%。逆變器的輸入條件性能與隔離整流器匹配；瞬態(tài)電壓恢復(fù)時間：≤50ms。

（4）控制、保護(hù)和自檢系統(tǒng)。EPS自身具有保護(hù)和自檢系統(tǒng)。市電故障后，直流經(jīng)逆變器向負(fù)載供電時，120%過載時EPS可以正常運(yùn)行；但超過150%過載時設(shè)備運(yùn)行60秒后由保護(hù)進(jìn)行停機(jī)處理。當(dāng)交流輸出短路時，EPS關(guān)閉逆變器，待故障消除后，人工重新開機(jī)才能恢復(fù)運(yùn)行。逆變工作狀態(tài)下直流輸入欠壓時，EPS自身具備關(guān)機(jī)保護(hù)。EPS能夠進(jìn)行自檢，具有完善的保護(hù)及音響燈光報警信號。如：充電模塊故障、1#、2#交流電源故障、電池回路熔斷器熔斷、控制回路空開跳閘、控制母線過欠壓、電池端電壓及單節(jié)電壓異常等。當(dāng)放生故障時在屏上顯示故障信號。

2、EPS與UPS的區(qū)別

EPS僅具有持續(xù)供電功能，一般對逆變切換時間要求不高（特殊場合的應(yīng)用具有一定要求），可有多路輸出且對各路輸出及單個蓄電池具有監(jiān)控檢測功能，日常著重旁路供電，市電停電時才轉(zhuǎn)為逆變供電，電能利用率高。其電源是有間斷的。而UPS為不間斷供電，其僅有一路總輸出，一般強(qiáng)調(diào)其三大功能：（A）穩(wěn)壓穩(wěn)頻（B）對切換時間要求極高的不間斷供電（C）凈化市電，日常著重整流／逆變的雙變換電路供電，逆變器故障或超載時才轉(zhuǎn)為旁路供電，電能利用率不高（一般為80％－90％）。

3、EPS的優(yōu)點(diǎn)

EPS在市電有電時，處于等待狀態(tài)，無噪音；無市電時，逆變器工作，噪音小于60dB，不需排煙、防震處理，　而且具有無公害、無火災(zāi)隱患等特點(diǎn)。

（1）自動切換。市電供電與EPS電源供電相互切換時間短，高端機(jī)可實(shí)現(xiàn)無人值守，網(wǎng)上監(jiān)控；（2）帶載能力強(qiáng)。EPS適應(yīng)于混合性負(fù)載的設(shè)備，如電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、應(yīng)急照明等。使用可靠、一般主機(jī)壽命長達(dá)20年以上；（3）適應(yīng)惡劣環(huán)境?？煞胖糜诘叵率一蚺潆娛?，甚至建筑豎井里?？梢跃o鄰應(yīng)急負(fù)荷使用場所就地設(shè)置，減少供電線路，做到最有效的末端切換；（4）對于某些功率較大的用電設(shè)施，如消防水泵、風(fēng)機(jī)，EPS可以直接與電機(jī)相連做成動力控制型應(yīng)急電源，可省去電機(jī)的軟啟動和控制箱等設(shè)置，同時可選用最經(jīng)濟(jì)的功率因數(shù)，從而體現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)性；（5）應(yīng)急備用時間長，標(biāo)準(zhǔn)型為照明：90min，具有延時接口，可增加備用時間。

4、EPS的缺點(diǎn)

EPS的負(fù)載是電機(jī)的情況下，在EPS啟動帶載前要求用戶的電機(jī)負(fù)載首先停機(jī)，然后在滿速“變頻啟動”，從而造成電機(jī)負(fù)載工作的“不連續(xù)性”。如果后接的幾臺電機(jī)需要在不同的時刻進(jìn)行“分時啟動”操作時，可能會遇到這樣的技術(shù)難題：在啟動處于靜止?fàn)顟B(tài)的電機(jī)時，若EPS的輸出功率足夠大它可能承受5～10倍的電機(jī)啟動浪涌電流的沖擊。否則，就會迫使EPS重新進(jìn)入新一輪的“變頻啟動”工作狀態(tài)。

第9篇：正弦波逆變電源范文

中圖分類號:TN919-34文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)22-0187-04

Study on Versatile Simulation Model for Digital SPWM with Dead-time Function

ZHENG Bi-wei1, CUI Fu-jun2, CAI Feng-huang1,2, WANG Wu1,2

(1. College of Electrical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;

2. Zhangzhou Kehua Technology Co. Ltd., Zhangzhou 363000, China)

Abstract: The simulation of the majority sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) waveform is implemented in analog mode at present. For convenience of SPWM waveform simulation in digital control system, a versatile simulation model implemented with pure digit for SPWM wave is developed in PSIM simulation environment based on the generation mechanism of SPWM waveform. By the model, the bipolar SPWM waveform can be simulated arbitrarily at any different carrier frequency, modulating frequency, dead time and modulation ratio. taking the analysis of common dead-time effect in FB DC-AC circuit for example, a simulation circuit built with this model is utilized for analysis. The simulation results show the correctness and rationality of the model. Keywords: SPWM; PSIM simulation; Matlab; dead-time effect

0 引 言

近幾十年,隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,各式的電子仿真軟件也爭相出現(xiàn),仿真技術(shù)日益成熟,仿真不僅可以縮短電力電子設(shè)備的研發(fā)時間,提高研發(fā)效率,還能節(jié)約大比的研發(fā)資金,達(dá)到事半功倍的效果。

脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)是利用半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列,并通過控制脈沖寬度或周期以達(dá)到改變電壓的目的,從而使需要的輸出電壓在不同負(fù)載下或變化的輸入電壓下保持恒定[1]。得益于電力電子技術(shù)的發(fā)展,PWM技術(shù)也更為廣泛地應(yīng)用于各于領(lǐng)域。正弦脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)可算是PWM技術(shù)的一個特例,在各種逆變電源中,為了得到更高精度的正弦輸出波形,廣泛地運(yùn)用著SPWM技術(shù),SPWM實(shí)現(xiàn)方法很多,早期通常用模擬方法實(shí)現(xiàn),這幾年,隨著數(shù)字技術(shù)的日益成熟,數(shù)字SPWM逐漸替代常規(guī)的模擬SPWM成為一項(xiàng)非常熱門的SPWM實(shí)現(xiàn)方法[2]。

對于實(shí)際中用數(shù)字SPWM實(shí)現(xiàn)控制的系統(tǒng)的軟件仿真上,許多文章仍以模擬方式來實(shí)現(xiàn),即用一個三角波發(fā)生源和一個正弦波發(fā)生源來比較產(chǎn)生SPWM信號,這種方法可以大致仿真出整個電路所起的效果,但是對軟件編寫者來說卻要花很多時間在電路的搭建及參數(shù)調(diào)整上,而最終搭出來的模擬仿真電路卻又跟實(shí)際的數(shù)字電路相差甚遠(yuǎn)。Matlab\Simulink等部分仿真軟件有可以直接利用的SPWM波發(fā)生模塊,但這些模塊通常參數(shù)是固定的,也就是說仿真初始化設(shè)定了一些SPWM參數(shù)后,在仿真開始之后便無法根據(jù)系統(tǒng)的需要來改變這些參數(shù),這樣使得這些模塊對實(shí)際中需要對SPWM波的輸出進(jìn)行閉環(huán)控制的電路的仿真上應(yīng)用意義不大,另外由于仿真軟件通常都將開關(guān)器件等理想化,所以通常這些軟件自帶的SPWM模塊都缺乏死區(qū)單元設(shè)置,使得仿真結(jié)果跟實(shí)際帶死區(qū)的SPWM波控制系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果卻又有一定的差距。

本文研究了SPWM在仿真軟件上的數(shù)字實(shí)現(xiàn),基于PSIM仿真軟件建立了SPWM數(shù)字發(fā)生模塊,該模塊可以實(shí)現(xiàn)載波頻率,調(diào)制波頻率以及死區(qū)時間,調(diào)制比的外部輸入,以此來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的SPWM波,為了驗(yàn)證模塊的正確性和可用性,最后采用該模塊對單相電壓型全橋SPWM逆變器的死區(qū)效應(yīng)進(jìn)行了簡單仿真研究。

1 SPWM的實(shí)現(xiàn)

常規(guī)模擬SPWM的實(shí)現(xiàn)是將標(biāo)準(zhǔn)正弦波和三角波進(jìn)行比較來確定功率開關(guān)點(diǎn)的開關(guān)時刻。數(shù)字化SPWM實(shí)現(xiàn)是通過CPU內(nèi)部計算直接產(chǎn)生需要的PWM波形輸出。目前常用的數(shù)字化SPWM實(shí)現(xiàn)方法主要有規(guī)則采樣法,自然采樣法,等效面積法以及特定諧波消除法等,不同的方法有著各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)。另外SPWM驅(qū)動又可分為單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動,不同的驅(qū)動方式適用的場合也各不相同。由于本文主要研究的是SPWM仿真的數(shù)字實(shí)現(xiàn),對其優(yōu)缺點(diǎn)的說明就不具體展開,具體可以參照文獻(xiàn)[3]。為了方便說明,在SPWM的驅(qū)動上選擇的是常用的雙極性驅(qū)動,數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法采用對稱規(guī)則采樣法。其他方法可以參照本文方法進(jìn)行。對稱規(guī)則采樣法是在一個三角載波周期內(nèi),只利用三角波的一個峰值點(diǎn)或谷值點(diǎn)所對應(yīng)的正弦函數(shù)值來求取脈沖,其實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。在圖1中,以Ur,Uc分別表示調(diào)制波和載波幅值,若Uc=1,則調(diào)制度即為正弦波的幅值,即m=Ur,由圖1的幾何關(guān)系可得出,一個載波周期(Tc)內(nèi)的脈寬時間(ton)為:

ton=(Tc)/2[1+msin(wrtd)](1)

圖1 對稱規(guī)則采樣法

2 PSIM仿真軟件及數(shù)字SPWM仿真模塊建立

2.1 PSIM軟件簡介

PSIM是由美國的Powersim公司開發(fā)的面向電力電子技術(shù)的仿真軟件,適合電力電子電路和系統(tǒng)的仿真軟件很多,但是PSIM具有其獨(dú)特的優(yōu)勢和特點(diǎn):PSIM的仿真時間步長是固定的,所以不容易出現(xiàn)開關(guān)動作時的不收斂問題,可以進(jìn)行快速仿真;用于電力電子專用的模型庫很豐富,可以搭建同實(shí)際電路同樣的電路模型;可以搭建模擬和數(shù)字電路混合的控制電路;半導(dǎo)體器件都采用的是理想開關(guān)[4]。另外,PSIM有別于一般的電力電子仿真軟件很好的一點(diǎn)是外置了DLL功能塊(動態(tài)鏈接庫),允許用戶用C語言或C++或FORTRAN語言編程,用Microsoft C或C++,Borland C++或Digital Visual Fortran 來匯編,并用 PSIM 連接起來,這些功能塊可用于電力電路和控制電路中。PSIM最大的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力不夠強(qiáng)大,包括繪圖功能等,但PSIM提供了與Matlab的接口,通過內(nèi)置的控件可以方便地將PSIM與Matlab連接起來,這使得可以充分利用PSIM在功率仿真方面的能力和Matlab/Simulink在控制仿真方面的能力。基于以上的特點(diǎn)使得PSIM更適合于進(jìn)行功率電路分析設(shè)計和控制回路的設(shè)計[5]。

2.2 基于PSIM數(shù)字SPWM仿真模塊建立

基于前面介紹的SPWM波的實(shí)現(xiàn)方法,在PSIM仿真環(huán)境下,運(yùn)用DLL功能塊,結(jié)合Microsoft visual C++進(jìn)行編程,建立了數(shù)字SPWM波的通用仿真模塊。圖2為數(shù)字SPWM仿真模型的封裝圖,其中,spwm.dll表示該模型要調(diào)用的動態(tài)鏈接庫文件,該文件由Microsoft visual C++編程產(chǎn)生,主要用來進(jìn)行SPWM波脈寬的數(shù)字計算和輸出,fc,fr,Td,Modu則分別表示外部輸入給模塊要產(chǎn)生的SPWM波的載波頻率,調(diào)制波頻率、死區(qū)時間及調(diào)制比。Driver1和Driver2則分別表示由該模塊產(chǎn)生的具有Td死區(qū)時間的兩路SPWM驅(qū)動信號。該模塊的實(shí)現(xiàn)步驟如下:

(1) DLL文件生成。根據(jù)式(1),利用Microsoft visual C++對SPWM波的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行編程,具體流程圖如圖3所示,流程圖中count,Ncount,Ncount_dead分別表示脈寬時間計數(shù)值、載波周期計數(shù)值及死區(qū)時間的計數(shù)值,Flag_cal_next是當(dāng)前脈寬計數(shù)是否結(jié)束的標(biāo)志位,Npulse,Npulse_next則分別表示當(dāng)前載波周期的脈寬計數(shù)值及下一周期的脈寬計數(shù)值,gating1,gating2分別表示要輸出的驅(qū)動信號。編程完成并順利編譯通過后,將會產(chǎn)生一個我們需要的DLL文件。

圖2 數(shù)字SPWM仿真模塊的封裝

(2) PSIM下鏈接DLL文件。在PSIM仿真環(huán)境中,選取Elements\other\Function Blocks下的DLL模塊,由于PSIM的DLL模塊的引腳不能自由定義,只能選擇系統(tǒng)自帶的幾種固定引腳數(shù)的DLL模塊,為了滿足輸入輸出需要,選擇6輸入6輸出的DLL模塊。將(1)中產(chǎn)生的DLL文件拷到PSIM的當(dāng)前工作目錄,雙擊模塊,在File Name欄中輸入DLL文件的全名,便完成了DLL文件與DLL模塊的鏈接。

圖3 VC++數(shù)字SPWM脈寬計算及輸出程序流程圖

(3) 模塊輸入輸出定義。選擇DLL模塊的前4個輸入端,分別作為載波頻率,調(diào)制波頻率以及死區(qū)時間,調(diào)制比的輸入接口,選擇模塊的前2個輸出端口作為輸出兩路驅(qū)動的輸出接口,對沒用到的端口,需要將其接地。為了方便最后的模塊實(shí)現(xiàn)效果分析,本文將模塊與Matlab相連接,選擇Elements\Control\SimCoupler Module下的In Link Node模塊,分別加在4個輸入端口上,選擇Out Link Node模塊,分別加在2個輸出端口上,這樣,一個完整的PSIM仿真環(huán)境下的數(shù)字SPWM模塊便建立完成。

3 數(shù)字SPWM仿真模塊在逆變系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用

把上述的數(shù)字SPWM仿真模塊用于單相電壓型全橋SPWM逆變器的死區(qū)效應(yīng)分析仿真中,建立的PSIM全橋逆變仿真電路如┩4(a)所示,在Matlab\Simulink仿真環(huán)境下,利用Simcoupler Module模塊與PSIM進(jìn)行數(shù)據(jù)連接,Matlab的仿真模型如圖4(b)所示。

設(shè)定Matlab\Simulink仿真模型中SimCoupler_SPWM模塊的輸入載波頻率fc=20 kHz,調(diào)制波頻率fr=50 Hz,死區(qū)時間Td分別為0 s,2 μs,調(diào)制比為0.9,仿真結(jié)果如圖5和6所示。從仿真結(jié)果可以看出,死區(qū)時間為0時,輸出電壓的理想波形主要是基波分量,其他一些高次諧波可以忽略不計,死區(qū)時間的加入使得輸出電壓波形在過零處產(chǎn)生了“交越失真”,產(chǎn)生了很多的附加諧波,低次諧波全為奇次諧波,THD變大,因此,死區(qū)效應(yīng)對SPWM逆變器的影響不可忽略,實(shí)際應(yīng)用中常采用一些死區(qū)補(bǔ)償措施[6]。

圖4 PSIM及Matlab/Simulink仿真模型

圖5 無死區(qū)時的仿真結(jié)果

4 結(jié) 語

正弦脈寬調(diào)制(SPWM)在電力電子各個領(lǐng)域運(yùn)用越來越廣泛,隨著數(shù)字芯片的發(fā)展和普及,基于DSP或單片機(jī)等芯片的數(shù)字SPWM也越來越多地得到推廣和應(yīng)用,本文根據(jù)SPWM波的產(chǎn)生機(jī)理,提出一種基于PSIM仿真軟件的數(shù)字SPWM產(chǎn)生方法,相對其他一些模塊可編程的軟件,如Matlab\Simulink等。

圖6 加入0.2 μs死區(qū)時的仿真結(jié)果

該方法運(yùn)用Microsoft visual C++軟件來編程,算法經(jīng)仿真電路仿真調(diào)整后,最后的源程序只需少許修改便可直接運(yùn)用到實(shí)際電路中以C或C++語言來編程的控制芯片中,不僅大大減少了軟件開發(fā)者的工作,而且仿真電路跟實(shí)際電路更為接近,仿真結(jié)果也更加接近實(shí)際結(jié)果。

該模塊以產(chǎn)生雙極性SPWM波,只需將軟件少許修改,便可產(chǎn)生單極性SPWM波等,方法類似。 另外,對需要用到數(shù)字閉環(huán)的場合,只需往程序里添加數(shù)字閉環(huán)程序,便可輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)字閉環(huán)仿真應(yīng)用極為廣泛。

參考文獻(xiàn)

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