单相SPWM变频电源设计潘玉成

哈尔滨理工大学毕业设计题目:单相SPWM变频电源设计院、系:荣成学院电气系电技09-2班姓名:潘玉成指导教师:孙轶男系主任:王哈力2012年5月20日I单相SPWM变频电源设计摘要随着新型电力电子器件和数字信号处理器的飞速发展，数字控制的逆变电源应用日益广泛。因为数字控制相对于模拟控制有着显著的优点:简化了硬件电路设计，克服了模拟电路中参数温度漂移的问题，控制灵活且易实现先进控制等，使得所设计的电源产品不仅性能可靠，且易于大批量生产，从而降低了开发周期。因此，数字化控制电源已成为当今开关电源产品设计的潮流。本文采用Ti公司的TMS320LF2407A的控制芯片和IGBT为核心来设计数字式逆变电源调节器，以取代现有的以晶闸管为功率元件的模拟控制的逆变电源调节器。本设计论文介绍了一种基于DSP芯片的全数字控制单相变频电源的设计，随着变频调速技术的不断发展，变频器的应用越来越广泛，变频器除了具有卓越的调速性能之外，还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。本论文提出了一种数字控制的单相逆变器结构，详细论述了系统的参数设计，整流工作的基本工作原理，逆变的基本原理及SPWM正弦脉冲宽度调制。关键词数字控制;DSP;SPWM调制IIsingle-phaseSPWMinverterpowerdesignAbstractWithnewpowerelectronicsdeviceandtherapiddevelopmentofdigitalsignalprocessor,digitalcontrolinverterpowersupplyhasbeenusedmoreandmorewidely.Becausedigitalcontrolsimulationcontrolrelativetohaveprominentadvantages:simplifiedthehardwarecircuitdesign,overcomingtheanalogcircuitparametersintheproblemoftemperaturedrift,flexiblecontrolandeasytorealizetheadvancedcontrol,andmakethedesignofpowersupplyproductsnotonlyreliableperformance,andeasytomassproduction,whichreducesthedevelopmentcycle.Therefore,digitalcontrolpowerhasbecometheswitchpowerproductsdesigntrend.InthispapertheTicompanyofTMS320LF2407AcontrolchipandIGBTasthecoretodesigndigitalinverterpowersupplyregulatortoreplacetheexistingtothyristorforpowerofcomponentsofthesimulationcontrolinverterpowersupplyregulator.Songˎ̥thispaperintroducesadesignbasedonDSPdigitalcontrolofsinglephasefrequencyconversionpowerdesign,withthedevelopmentofthetechnologyoffrequencyconversion,frequencyconverterusedmorewidely,frequencyconverter,exceptforitsoutstandingperformanceofspeedadjustment,butalsothesignificantenergysavingeffect,istheenterprisetechnologicaltransformationandupgradingofproductidealcontroldevice.Thispaperpresentsadigitalcontrolsingle-phaseinverterstructure,discussestheparametersofthesystemdesign,rectifyingthebasicprincipleofwork,thebasicprincipleofinverterandSPWMsinepulsewidthmodulation.Keywordsdigitalcontrol;DSP;SPWMmodulation目录摘要.......................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II第一章绪论.......................................................................................................11.1本文主要内容...........................................11.2数字变频电源的分类及优点...............................1第二章单相SPWM变频电源工作原理...............................32.1整流技术...............................................32.1.1变频电源的工作原理................................32.2逆变工作原理...........................................42.2.1逆变器方波输出工作原理............................42.2.2滤波器............................................62.3SPWM基本原理..........................................72.4PID调节器.............................................102.5控制方案..............................................10第三章单相SPWM变频电源系统组成..............................123.1主电路................................................123.2驱动电路..............................................123.3检测电路..............................................133.3.1电压检测.........................................133.3.2电流检测.........................................14第四章硬件电路设计与系统参数设计............................154.1电源设计.............................................154.2数字控制的实现方法....................................174.3系统参数设计..........................................174.3.1参数设计.........................................184.3.2中频变压器TR....................................184.3.3串联谐振电容.....................................20结论........................................................22致谢........................................................23参考文献......................................................24哈尔滨理工大学专科毕业（设计）论文1第一章绪论变频器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的交流电源而得到迅猛发展。变频节电器是近几年发展起来的一种新型节能产品，对于各种交流电机设备，配备专用的变频器后，可以使原电机的能源利用率大大提高，从而达到节电之目的。在能源日益紧张的今天，变频器作为交流调速的一种主要手段，以其极强的可靠性和抗干扰能力，在工业生产中得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场潜力。因此，研究本课题具有很强的现实可行性。本文就变频器的原理作了简单的介绍。1.1本文主要内容近年来，通信网络、计算机、过程控制系统和自动化生产线得到了广泛地使用，这就大大地增加了人们对全数字变频电源的需求。故选取全数字变频电源作为毕业设计有一定的实用意义。本文所研究的是全数字单相变频电源要求将三相380V，频率为50Hz的交流电变为输出为电压频率可变的交流电源。正常工作时，若负载发生变化，该变频电源具有自动调节输出电压和频率使其维持不变的功能。本次毕业设计输入端接入三相380V频率为50Hz的交流电，通过整流，逆变，变频，变压器的降压变为30~250V频率范围为40Hz~1000Hz交流电，并采用了闭环调节技术，可以对电压和频率进行调节。本系统除了主电路外，还采用了许多附属电路，本文着重分析了驱动和检测电路的工作原理。1.2数字变频电源的分类及优点根据有无直流环节而将高压变频器分为两大类：1.无直流环节的变频电源，即交—交变频电源；2.有直流环节的变频器称为交—直—交变频电源，其中直流环节采用大电感以抑制电流脉动的变频器称为电流源型变频器；直流环节采用大电容以抑制电压波动的变频器则称为电压源型变频器。电流源型变频器又可以分为：器（LCI）；——采用自关断器件（GTO或SGCT）的变频电源。哈尔滨理工大学专科毕业（设计）论文2电压源型变频器则可以分为：——功率器件串联二电平直接高压变频电源；——采用IGCT或HV－IGBT的三电平变频电源；——采用LV－IGBT的单元串联多电平变频电源。变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。其优点如下：1)采用数字控制方案，使得许多高级，复杂的算法有可能通过数字控制器件来实现。相对于传统的应用广泛的PID控制器，在上个世纪，人们提出许多高级的，复杂的控制策略以满足用户对工业控制特性的越来越高的要求。其中应用比较成功的有模糊控制，神经网络控制，无差拍控制，自适应控制等。这些新型的控制策略，与传统的PID控制策略一起使用，可以取长补短，有效的提高系统的性能。2)采用数字控制方案，可以有效的提高电源的一致性，克服模拟控制带来的产品性能分散性。应用模拟控制，不可避免的要碰到原器件参数分散的问题，而这些问题都是设计者无法避免的。只有在设计时不断的调整系统参数来尽量减小参数分