单相电流滞环控制逆变器研究
逆变器是能够将直流电转换为交流电的能量转换装置，其内部控制系统能够独立完成自我控制、管理和保护。逆变器充当联系直流电源和交流负载两者间的枢纽，他的控制方案的设计对逆变器提升工作效率和减少制作成本都有着必然的联系。目前，我们的日常生活中最不能缺乏的就是交流电，而逆变器就能满足我们的这种需求，因此逆变器与人们的生活息息相关。本文中关键讲解了逆变器电源逆变装置部分的研究，本文选用EG8010芯片，用此芯片来控制完成了单相电流滞环控制逆变器的系统设计, 用来生成的输出电压波形符合本次设计。逆变系统最为关键的部分是正弦逆变，他成功完成了将逆变器直流电逆变成工频交流电，从而达到了设计目的。最后制作了实物，通过调试得到波形来验证其有效性和可行性。关键词 正弦波，逆变器，SPWM，EG8010
目 录
1 绪 论 1
1.1 研究背景 1
1.2 逆变器的研究现状及发展趋势 1
1.3 现代逆变技术的分类 3
1.4 课题的内容意义及设计要求 5
1.5 工作安排 5
2 逆变器脉宽调制技术研究 6
2.1 PWM的基本原理 6
2.2 SPWM波的生成与原理分析 7
2.3 PWM型逆变电路的控制方式 8
3 逆变器闭环控制技术研究 11
3.1 电流滞环控制原理 11
3.2 电流滞环控制技术的优势 13
3.3 电压电流双闭环控制 13
4 逆变器主电路的设计 14
4.1 逆变器电源逆变装置的组成 14
4.2 单元电路的简单介绍 15
4.3 逆变器逆变电源装置方案论证 15
4.4 SPWM波的产生电路 17
4.5 驱动电路的设计 21
4.6 逆变电路设计 22
4.7 滤波电路的设计 23
4.8 保护电路的设计 23
5 系统调试 27
5.1 PCB板的绘制 27
5.2 测试方案 30
5.3 测试条件与仪器 33
5.4 测试结果及分析 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 37
1 绪论
1.1 研究背景
电力电子技术是当代发展不可缺少的一项科学研究，也是所有高新技术产业改进创新所需的必要助力。所以电力电子技术在未来拥有着非常大的需求[1]。伴随着当今探索研究的持续创新，以及人们的思想也有很大的变化，有了更多的需求。在一般工业、电力系统、新能源等范畴里电力电子也是其中必不可少的一个个环节。新兴的城市铁道车辆也和电力电子紧密的联系在一起,这些新颖的车辆所使用的电能，有很大一部分通过逆变电源的逆变后变为交流电提供给这些车辆使用，还有一部分则提供给车辆的各种辅助设备来确保车辆的正常运行[2]。电力有着稳点、干净、使用起来效率高等优势，已经与现代工业紧密的联系在一起，没有了电力，工业系统将无法进行工作，在工业系统中充当着动力的角色[3]。
高速发展的今天也带了很多负面的影响，地球的资源丰富，但是并不是用之不竭的资源，目前各国的资源都是主要以煤、石油、天然气为主，这些资源都是不可再生的，并且，这些能源的使用对我们赖以生存的地球造成了很大的伤害，所以，资源问题已经成为全球各国生存发展迫在眉睫的首要问题。因此，可再生能源就成为人类必须开发的一个项目，所以对电能的开发便成为了当前人类必须解决的问题[4]。当前，很多国家都在研发开展使用太阳能、潮汐、风能等自然资源来进行发电。用这些方法正常发电得到的都是不稳定的直流电，因此，是不可以直接提供给用电设备直接用的，所以，逆变器在这方面就能够发挥其作用，他能够将直流转换为可以供人们使用的交流电，从而实现DCAC的转变[5]。逆变器被开发的潜力很大，所以对逆变器的开发已经是大势所趋，并且受到了全球各国的关注。逆变器是一个比较完善的系统，他能够独立的完成自我控制，且具有保护和管理的能力。现在，各国已经开始全面的发展新能源，而逆变器也显示出其独有的特性，他是未来人类与地球和平相处的纽带，作为新能源的逆变器将会在现在和未来发挥出其独有的光彩。在逆变技术中，最为关键的就是实现控制技术和策略。传统逆变器在许多方面都有着很多的优点，但是在许多性能上还是有很大的不足之处，当前逆变器还不能够满足现代科技发展的需要[6,7]。所以，对逆变器控制技术的研究极为重要。
1.2 逆变器的研究现状及发展趋势
1.2.1 逆变器的研究现状
当前逆变器的控制技术有PWM控制技术，SPWM、滞环跟踪控制方式等。最简单易懂的逆变电路控制是方波逆变电路PWM控制，控制方法是根据输出的基波频率来调制开关器件的开通关闭，进而输出方波，再通过滤波输出形状接近正弦波形的基波。该逆变控制技术有着比较简洁的结构、电压的使用效率很大的优势，然而输出是有很多谐波的，以及其输出电压是不能够调节的这些缺点[8,9]。SPWM控制技术就可以很大程度的减少电路内输出的谐波含量。此电路可以过滤很多谐波，从而使得到的波近似为正弦波。SPWM能够大致分成电压、电流这两种反馈控制[10]。滞环控制是一种比较平常的闭环控制方法,其响应速度很迅速，而且电路构造非常简洁[11]。所以，在PWM控制的电路中，很多装置都运用了滞环控制技术[12]。
目前与电源相关的技术有很多，这些技术可以大大提升主动模式软交换和共振下拓扑的效率。PWM开关电源适用于硬开关的工作模式，然而，其开关器件的能量消耗比较多。所以，很有必要探索有关零电关和零电流开关的技术，最重要的是对这样的逆变器技术的探索是为了完成PWM软开关技术，不仅能保存其本来的优势，又能很大程度的提升电源的效率，与过去的全桥移相控制方法来对比,减少电路的复杂程度，不仅含相同的转换效率，还可以提高流量和减轻负荷。
1.2.1 逆变器的研究现状
80年代，PC全面完成开关的电源化，从而实现了电源换代。90年代，开关电源在电子和电气领域得到了比较广的应用，开关电源技术步入飞速发展阶段。逆变器和电力电子技术的发展是紧密相连的，逆变器的发展经历大致分为三个阶段。最原始的逆变电源是用晶闸管当做开关器件来控制电路的开闭，这种逆变电源有体积比较大，工作效率很低，电路结构很复杂的缺点[13]。然后发展而来的逆变电源是用可自关断的开关器件来控制电路的开闭，这种逆变器有很大的好处：①主电路更加简单明了，使得所花费的成本变的更少，而且较为可靠；②能够降低谐波含量，使电路工作的性能有很大的提升。当然也有一些缺点：①有些低次谐波不足以滤掉，可能会使波形发生很大变化；②因为没有瞬时值反馈，当负载发生突变，使得系统的稳定性变的很差等[14,15]。当前逆变器，最新的一种则采用了实时反馈控制技术，这种技术仍然在技术人员的探索中。但是由于其动态性能好，而且对负载突变时的适应性很强的特点，使其受到了广泛的应用[16]。未来的逆变器会在此基础上进行更深的探索，以及对当前逆变电源做出一些更加完善的措施。
目 录
1 绪 论 1
1.1 研究背景 1
1.2 逆变器的研究现状及发展趋势 1
1.3 现代逆变技术的分类 3
1.4 课题的内容意义及设计要求 5
1.5 工作安排 5
2 逆变器脉宽调制技术研究 6
2.1 PWM的基本原理 6
2.2 SPWM波的生成与原理分析 7
2.3 PWM型逆变电路的控制方式 8
3 逆变器闭环控制技术研究 11
3.1 电流滞环控制原理 11
3.2 电流滞环控制技术的优势 13
3.3 电压电流双闭环控制 13
4 逆变器主电路的设计 14
4.1 逆变器电源逆变装置的组成 14
4.2 单元电路的简单介绍 15
4.3 逆变器逆变电源装置方案论证 15
4.4 SPWM波的产生电路 17
4.5 驱动电路的设计 21
4.6 逆变电路设计 22
4.7 滤波电路的设计 23
4.8 保护电路的设计 23
5 系统调试 27
5.1 PCB板的绘制 27
5.2 测试方案 30
5.3 测试条件与仪器 33
5.4 测试结果及分析 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结论 34
致谢 35
参考文献 36
附录 37
1 绪论
1.1 研究背景
电力电子技术是当代发展不可缺少的一项科学研究，也是所有高新技术产业改进创新所需的必要助力。所以电力电子技术在未来拥有着非常大的需求[1]。伴随着当今探索研究的持续创新，以及人们的思想也有很大的变化，有了更多的需求。在一般工业、电力系统、新能源等范畴里电力电子也是其中必不可少的一个个环节。新兴的城市铁道车辆也和电力电子紧密的联系在一起,这些新颖的车辆所使用的电能，有很大一部分通过逆变电源的逆变后变为交流电提供给这些车辆使用，还有一部分则提供给车辆的各种辅助设备来确保车辆的正常运行[2]。电力有着稳点、干净、使用起来效率高等优势，已经与现代工业紧密的联系在一起，没有了电力，工业系统将无法进行工作，在工业系统中充当着动力的角色[3]。
高速发展的今天也带了很多负面的影响，地球的资源丰富，但是并不是用之不竭的资源，目前各国的资源都是主要以煤、石油、天然气为主，这些资源都是不可再生的，并且，这些能源的使用对我们赖以生存的地球造成了很大的伤害，所以，资源问题已经成为全球各国生存发展迫在眉睫的首要问题。因此，可再生能源就成为人类必须开发的一个项目，所以对电能的开发便成为了当前人类必须解决的问题[4]。当前，很多国家都在研发开展使用太阳能、潮汐、风能等自然资源来进行发电。用这些方法正常发电得到的都是不稳定的直流电，因此，是不可以直接提供给用电设备直接用的，所以，逆变器在这方面就能够发挥其作用，他能够将直流转换为可以供人们使用的交流电，从而实现DCAC的转变[5]。逆变器被开发的潜力很大，所以对逆变器的开发已经是大势所趋，并且受到了全球各国的关注。逆变器是一个比较完善的系统，他能够独立的完成自我控制，且具有保护和管理的能力。现在，各国已经开始全面的发展新能源，而逆变器也显示出其独有的特性，他是未来人类与地球和平相处的纽带，作为新能源的逆变器将会在现在和未来发挥出其独有的光彩。在逆变技术中，最为关键的就是实现控制技术和策略。传统逆变器在许多方面都有着很多的优点，但是在许多性能上还是有很大的不足之处，当前逆变器还不能够满足现代科技发展的需要[6,7]。所以，对逆变器控制技术的研究极为重要。
1.2 逆变器的研究现状及发展趋势
1.2.1 逆变器的研究现状
当前逆变器的控制技术有PWM控制技术，SPWM、滞环跟踪控制方式等。最简单易懂的逆变电路控制是方波逆变电路PWM控制，控制方法是根据输出的基波频率来调制开关器件的开通关闭，进而输出方波，再通过滤波输出形状接近正弦波形的基波。该逆变控制技术有着比较简洁的结构、电压的使用效率很大的优势，然而输出是有很多谐波的，以及其输出电压是不能够调节的这些缺点[8,9]。SPWM控制技术就可以很大程度的减少电路内输出的谐波含量。此电路可以过滤很多谐波，从而使得到的波近似为正弦波。SPWM能够大致分成电压、电流这两种反馈控制[10]。滞环控制是一种比较平常的闭环控制方法,其响应速度很迅速，而且电路构造非常简洁[11]。所以，在PWM控制的电路中，很多装置都运用了滞环控制技术[12]。
目前与电源相关的技术有很多，这些技术可以大大提升主动模式软交换和共振下拓扑的效率。PWM开关电源适用于硬开关的工作模式，然而，其开关器件的能量消耗比较多。所以，很有必要探索有关零电关和零电流开关的技术，最重要的是对这样的逆变器技术的探索是为了完成PWM软开关技术，不仅能保存其本来的优势，又能很大程度的提升电源的效率，与过去的全桥移相控制方法来对比,减少电路的复杂程度，不仅含相同的转换效率，还可以提高流量和减轻负荷。
1.2.1 逆变器的研究现状
80年代，PC全面完成开关的电源化，从而实现了电源换代。90年代，开关电源在电子和电气领域得到了比较广的应用，开关电源技术步入飞速发展阶段。逆变器和电力电子技术的发展是紧密相连的，逆变器的发展经历大致分为三个阶段。最原始的逆变电源是用晶闸管当做开关器件来控制电路的开闭，这种逆变电源有体积比较大，工作效率很低，电路结构很复杂的缺点[13]。然后发展而来的逆变电源是用可自关断的开关器件来控制电路的开闭，这种逆变器有很大的好处：①主电路更加简单明了，使得所花费的成本变的更少，而且较为可靠；②能够降低谐波含量，使电路工作的性能有很大的提升。当然也有一些缺点：①有些低次谐波不足以滤掉，可能会使波形发生很大变化；②因为没有瞬时值反馈，当负载发生突变，使得系统的稳定性变的很差等[14,15]。当前逆变器，最新的一种则采用了实时反馈控制技术，这种技术仍然在技术人员的探索中。但是由于其动态性能好，而且对负载突变时的适应性很强的特点，使其受到了广泛的应用[16]。未来的逆变器会在此基础上进行更深的探索，以及对当前逆变电源做出一些更加完善的措施。
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