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宽范围输入逆变器的研制

Study and Design of Wide Range Input Inverter

作者: 专业:电工理论与新技术 导师:吴彦 年度:2010  院校: 大连理工大学

Keywords

        随着电力电子技术的发展和数字信号处理器及功率器件的飞速发展,逆变电源正朝着高效率、小型化、数字化的方向发展。宽范围输入逆变器有广泛的应用前景,在航天、航空、航海、电力、通信等领域应用十分广泛,当今在光伏发电和太阳能发电系统、不间断电源UPS以及数字化电焊机中也有广泛的应用。本文首先介绍了逆变电源的应用领域和研究现状,然后分析了常用的宽范围输入的逆变器的拓扑结构,本课题需要设计一个7KW的宽范围输入逆变器,结合课题的技术指标,选择了适当的拓扑结构,本设计选择两级变流器结构,第一级为Boost电路,将宽范围的电压输入转换为相对较小的电压范围,第二级为全桥逆变,将直流电压经过SPWM控制方式的全桥逆变输出经过LC滤波器最后输出纯正弦波。本文分别采用新华龙公司的C8051F340单片机和TI公司的TMS320F2812的DSP芯片分别控制两级变流器,分别分析了两级变流器的工作原理对两级变流器硬件的参数进行了计算设计并确定了软件的控制方案及系统流程图,分析了SPWM控制方式的各种采样方式的原理,通过对各种采样方式的比较后确定了本设计采用非对称规则采样法的SPWM控制方式。为了得到高精度的稳态输出波形和动态响应好的波形,本设计分别采用前端电压采样和末端电压采样的双闭环控制方式,提出了一种宽范围输入逆变器的控制方法以提高动态响应。本文还介绍了本设计逆变电源的各种辅助电路的设计,包括采样电路的设计、DSP接口电路的设计、辅助电源的设计和各种保护电路的设计等。最后本文采用Matlab Simulink软件对本系统经行了仿真,验证了本设计的参数计算的正确性及控制方案的可行性和有效性。
    With the development of power electronics and digital signal processor and power devices, inverter is moving in high efficiency, small size and digital control. Wide range input inverter has wide application in aerospace, aviation, marine, electric power, telecommunications and other fields. It also has a wide range of applications in the solar power and photovoltaic power system, uninterruptible power supplies (UPS) and digital welding machine today.This paper introduces the application and the research field of inverter, and then analyzes the wide range input inverter topology. The project is how to design a wide range input inverter whose capacity is 7KW. With the issues of technical indicators, this paper selects the appropriate topology, choices two converter structures, the first stage is the Boost circuit, which converts the wide range of voltage input to a relatively small voltage range, and then the second is the full-bridge SPWM inverter which output a pure sine wave with LC filter.in this design the processor were used the New Hualong company’s C8051F340 MCU and TI’s TMS320F2812 DSP to control two-stage converters. This paper analyzed two-stage converter how to work and calculated the parameters of converters and determined the control method and System flowchart. With the comparison of various sampling methods it determined to use asymmetric regular sampling method SPWM control. In order to obtain the waveform which is steady-state accuracy and dynamic response, it used the double closed-loop of front voltage and end voltage control samples. It proposed a wide range input inverter control method to improve the dynamic response.This paper also describes the design of the various auxiliary circuits, such as the sampling circuit design, the DSP interface circuit, the auxiliary power supply, the protection circuit and so on. Finally, by using of Matlab Simulink software simulation it verified the parameters of this design correct and the control method possible and effective.
        

宽范围输入逆变器的研制

摘要4-5
Abstract5
1 第一章 绪论9-16
    1.1 课题的研究背景9-10
    1.2 逆变电源的应用领域及研究现状10-14
        1.2.1 逆变电源的分类10-11
        1.2.2 逆变电源的控制方式11-14
    1.3 本论文的主要内容14
    1.4 设计的主要技术要求14
    1.5 主要工作内容及工作重点14-16
2 系统整体设计16-36
    2.1 主电路的拓扑结构16-17
    2.2 主电路的构成17-24
        2.2.1 DC/DC部分17-21
        2.2.2 DC/AC部分21-24
    2.3 元器件的选择及参数计算24-26
        2.3.1 Boost电路参数计算24-26
        2.3.2 全桥逆变单路的参数计算26
    2.4 缓冲电路的设计26-28
        2.4.1 IGBT开关电路的负载动态轨迹26-27
        2.4.2 具体参数计算27-28
    2.5 IGBT的驱动电路设计28-30
        2.5.1 理想的IGBT驱动电路的性能28-29
        2.5.2 驱动电路的形式29-30
    2.6 输出滤波电路设计30-35
        2.6.1 SPWM的谐波特性30-32
        2.6.2 滤波电路的参数设计32-35
    2.7 本章小结35-36
3 控制方法及控制系统设计36-52
    3.1 DC/DC部分控制原理及控制方法36-40
        3.1.1 DC/DC控制的基本原理36-37
        3.1.2 C8051F340单片机的介绍37-38
        3.1.3 DC/DC系统的编程算法38-40
    3.2 DC/AC部分控制原理及控制方法40-42
        3.2.1 DC/AC控制的基本原理40-41
        3.2.2 SPWM波形的原理分析41-42
    3.4 DSP芯片TMS320F2812的介绍42-44
    3.5 SPWM波形的数字处理器的实现44-51
        3.5.1 SPWM波形的采样方式44-50
        3.5.2 系统的闭环控制50
        3.5.3 逆变的死区控制及实现50-51
    3.6 本章小结51-52
4 各种辅助电路的设计52-61
    4.1 检测电路的设计52-54
        4.1.1 直流母线电压检测电路52-53
        4.1.2 交流输出电压检测电路53-54
    4.2 DSP接口电路设计54-55
    4.3 辅助电源电路设计55-59
    4.4 保护电路设计59-60
        4.4.1 过流保护59
        4.4.2 过温保护59-60
    4.5 本章小结60-61
5 系统的仿真与实验61-67
    5.1 Boost电路的仿真61-62
        5.1.1 仿真参数61-62
        5.1.2 Boost仿真结果与分析62
    5.2 单向全桥逆变系统的仿真62-65
        5.2.1 仿真参数62-63
        5.2.2 仿真结果与分析63-65
    5.3 实验结果65-67
结论67-68
参考文献68-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
致谢71-73
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