船用小型三相逆變電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文船用小型三相逆變電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)黃利斌(浙江海洋學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江舟山316000)摘要本文介紹了基于SPWM控制的船用三相逆變電源裝置的設(shè)計(jì)。該裝置既可以滿足使用恒 頻恒壓正弦交流電的船舶電氣設(shè)備的要求，也可以滿足使用變頻變壓正弦交流電的調(diào)速電機(jī) 的要求。該裝置還具有體積小、效率較高、直流電壓利用率較高等特點(diǎn)。小功率三相逆變電 源是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的應(yīng)用。本論文還分析了國內(nèi)外小功率電源的發(fā)展和現(xiàn)狀，對整流電 路、逆變電路進(jìn)行了介紹，研究了小功率三相逆變電源的基本原理。采用正弦波脈寬調(diào)制 (SPWM)技術(shù)，SPWM信號由波形發(fā)生器SA4828產(chǎn)生。本設(shè)

2、計(jì)采用交一直一交變頻方案， 主要由整流電路、逆變電路、濾波電路、隔離瘦壓電路組成。其中，整流電路采用單相橋式 不可控整流電路；逆變電路采用三相電壓型橋式逆變電路；控制電路采用SA4828波形發(fā)生器 進(jìn)行變頻控制。本文首先確定電路的組成及原理，然后確定各個(gè)分電路的組成及器件的參數(shù) 計(jì)算，包括IGBT和濾波電路的參數(shù)計(jì)算。最后采用ORCAD對小功率三相逆變電源進(jìn)行了仿 真分析并畫出了電源電路的電氣原理圖。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電力電子技術(shù)；IGBT;逆變電路；SA4828; SPWM技術(shù)I浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文AbstractThe paper presents the design o

3、f three-phase inverter power supply device of ship which based on SVPWM control method. The three-phase inverter power supply device .The device is not only fit for the electric devices of ship which use constant voltage and constant frequency sinusoidal alternating current, but also fit for the tim

4、ing motors which use variable voltage variable frequency sinusoidal alternating current. The devices had some strongpoint，such as small volume，high efficiency and high utilize efficiency of DC voltage. Low-power three-phase power inverter is the power of modem electronic technology applications. Thi

5、s paper analyzed the domestic and international small power supply to the development and status of the rectifier, inverter circuits were introduced on a small three-phase power inverter the basic principles. A sine wave PWM (SPWM) technology, SPWM signal generated by the waveform generator SA4828.

6、This design user AC-DC-AC Frequency conversion plan, and the main rectifier circuit, inverter circuits, filter circuit ； inverter circuits using three-phase voltage inverter bridge circuit; control circuit SA4828 waveform generator used to control frequency. This article first determine the composit

7、ion and circuit theory, and then determine the composition of the various sub-circuits and devices parameters, including IGBT and filtering circuit parameters. Finally ORCAD use of small three-phase power inverter and a simulation of the power circuit to draw electrical schematics.Keywords: The powe

8、r of modem electronic technology; IGBT; inverter circuit; SA4828; SPWM technology浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文目 錄目丨J g第1章緒論1.1本設(shè)計(jì)的內(nèi)容1.2設(shè)計(jì)任務(wù)第2章PWM控制方式2.1 PWM控制的基本原理2.2 PWM波的控制方法2.3異步調(diào)制和同步調(diào)制第3章主電路的組成及原理3.1小功率三相逆變電源主電路分析與設(shè)計(jì)3.2整流變壓器的選擇3.3二極管與IGBT的選擇3.4電感和電容的選擇3.5過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)3.6濾波器的選擇第4章控制電路設(shè)計(jì)4.1控制電路4.2主控芯片80C196

9、KC簡介4.3驅(qū)動(dòng)電路4.4檢測電路4.5數(shù)字測速4.6直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)第5章軟件設(shè)計(jì)第6章仿真結(jié)果/J、S i射參考文獻(xiàn)III335"6"61"912121213141415161617212428303234363738m浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文刖g電力電子技術(shù)的進(jìn)步與電力電子器件的發(fā)展緊密相關(guān)，并以其發(fā)展為基礎(chǔ)。它是一門使 用電力半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用電路，并綜合控制理論知識和電子技術(shù)知識，分析開發(fā)以實(shí)現(xiàn)電 壓、電流、頻率和波形等方面的變換的綜合性、應(yīng)用性、新興學(xué)科。電力電子技術(shù)1958年晶閘管產(chǎn)生至今，電力電子器件經(jīng)歷了三代：不可控器件、半控

10、器 件和全控器件。不可控器件如整流二極管;半控器件如普通晶閘管，但它不具備H關(guān)斷能力； 全控器件是可控開通和關(guān)斷像GTR、MOSFET、IGBT、GTO等等是當(dāng)今應(yīng)用較廣泛的。作為一門對電能高效變換和控制的技術(shù)，隨著新的電力電子器件的發(fā)展，許多新的多種 電力電子變流方式應(yīng)運(yùn)而生，電力電子變流方式按功能可劃分為AC/DC整流、DC/AC逆變、 DC/DC斬波、AC/AC變頻四大類。電力電子裝置的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在“四化”即為高頻 化、數(shù)字化、綠色化、智能化。電力電子裝置的重量輕、體積小一裝置的小型化，這一直是設(shè)計(jì)者追求的H標(biāo)，而高頻 化是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)它又是提高裝置動(dòng)態(tài)品質(zhì)的技

11、術(shù)保障，高頻化的結(jié) 果致使各種軟開關(guān)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生為解決功率器件的開關(guān)損耗增加。模擬控制的優(yōu)點(diǎn)在于其 控制簡單和技術(shù)的成熟性，在各種裝置的控制中至今依然占據(jù)較重的席位，而大S:的分立元 件的使用一方面使得模擬控制的制造成本增加、硬件復(fù)雜，還存在參數(shù)容易漂移、元器件會 老化、抗干擾能力差等問題。節(jié)電顯著和對電網(wǎng)不產(chǎn)生污染一公共電網(wǎng)的環(huán)保是電力電子裝 置的綠色化的要求，目前円益受到社會的重視。隨著技術(shù)的不斷前進(jìn)以及更加人性化地適應(yīng) 用戶的要求，功能齊全是電力電子裝置的一大主要特征，檢測運(yùn)行狀態(tài)和故障的快速識別和 處理、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和無人值守等現(xiàn)代化監(jiān)控方式都作為大多數(shù)電力電子裝置所必備的功能和高 性能

12、要求。逆變器為完成DC AC變換的裝置，通過控制系統(tǒng)中電子開關(guān)的開通和關(guān)斷來進(jìn)行完 成電能的變換。按照沖量一樣而形狀各異的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)的效果基本相同， 即采樣控制理論的沖M等效原理，PWM(Pulse Width Modulation)脈寬調(diào)制技術(shù)通過限定開 關(guān)周期而更改導(dǎo)通比以實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制。SPWM逆變器的數(shù)字控制技術(shù)，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)不斷前進(jìn)，逆變器數(shù)字控制越來 越廣泛地被應(yīng)用，模擬控制存在許多自身固有的缺點(diǎn)，由于硬件上主要采用了大量的分立元 件和電路板，勢必會存在因?yàn)槠骷睦匣囟纫鸬钠茊栴}而造成系統(tǒng)的可靠性下降， 而且調(diào)試硬件的繁瑣；在產(chǎn)品換代、標(biāo)準(zhǔn)化、模

13、擬控制的逆變電源監(jiān)控功等存在麻煩等等。 數(shù)字控制比較于模擬控制而言，具有控制靈活，系統(tǒng)升級容易，數(shù)字控制的微處理器通常片 內(nèi)外資源豐富，在設(shè)定硬件的配置后僅僅通過修改控制軟件就可以用高級的控制方法和智能 策略以提高原控制系統(tǒng)的性能;控制系統(tǒng)在可靠性和標(biāo)準(zhǔn)化方而以及智能監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控 的實(shí)現(xiàn)等方而比模擬控制系統(tǒng)具有的明顯優(yōu)勢。此外，數(shù)字控制還帶來的諸多好處如系統(tǒng)的 一致性較高，成本低，生產(chǎn)制造方便以及易組成大規(guī)模的可靠性高的逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)等。 逆變電源運(yùn)行可靠性的提高和增大電力供應(yīng)容量的有效途徑之一是逆變電源的并聯(lián)技術(shù)。逆 變電源單元模塊的數(shù)字化控制是為了得到高性能的并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源系統(tǒng)

14、的重要基礎(chǔ)之 一。在每個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的逆變電源單元模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化后，可更方便自如地進(jìn)行模塊之間環(huán) 流抑制的控制和多個(gè)逆變器模塊之間的通訊或者在每一個(gè)模塊中完成復(fù)雜的均流控制算法， 從而實(shí)現(xiàn)高可靠性、高冗余度的可實(shí)際應(yīng)用的逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展一方面表現(xiàn)在應(yīng)用高性能的控制芯片，目前占市場份額較大的像 TEXASINSTRUMENTS, MOTOROLA, ADI等知名公司，都有宜于逆變電源控制的DSP(數(shù) 字信號處理器)芯片，在功能、性能也不斷地提升，中大功率電力電子應(yīng)用場合下，DSP已成 為主流控制芯片。數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)的另一方面

15、先進(jìn)的控制策略的運(yùn)用。一些先進(jìn)的 控制策略應(yīng)用于逆變電源的控制正是有了應(yīng)用高性能的控制芯片DSP作為硬件的基礎(chǔ)。在應(yīng) 用到SPWM逆變器的各種數(shù)字控制策略里，其中無差拍控制(deadbeat)具有對精確數(shù)學(xué)模型 依賴的缺點(diǎn)，通過給出精確計(jì)算的控制量，使得受控fi的偏差在一個(gè)采樣周期時(shí)間內(nèi)得到變 更。逆變器重復(fù)控制的目的是為了克服死區(qū)、非線性負(fù)載等引起的輸出波形周期性畸變，但 是其存在的顯著缺點(diǎn)是其控制的實(shí)時(shí)性不好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢以及排除干擾對輸出的影響的 時(shí)間要多于一個(gè)參考周期?；？刂谱畲蟮膬?yōu)勢是對參數(shù)變動(dòng)和外部擾動(dòng)不夠靈敏，系統(tǒng)的 魯棒性特別強(qiáng)。但是滑?？刂撇缓么_定理想滑模切換而、采樣率會

16、對控制效果有制約、高頻 抖動(dòng)現(xiàn)象也是個(gè)突出的問題，另外還具有在研發(fā)過程中需了解系統(tǒng)不明了性參數(shù)和擾動(dòng)的邊 際等缺陷。關(guān)于數(shù)字控制技術(shù)在逆變器中的應(yīng)用文獻(xiàn)和研發(fā)實(shí)踐很多，除了上面介紹的技術(shù)以外， 國內(nèi)外文獻(xiàn)中還講到了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制等等，但這些技術(shù)尚未存在較成熟的應(yīng)用在 逆變器的數(shù)字控制中。數(shù)字控制與模擬控制相比有諸多的優(yōu)勢，但同時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)也存在 其特有的問題，傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)以其算法明了、較強(qiáng)魯棒性已經(jīng)在模擬控制UPS逆變器 系統(tǒng)中得到了較為寬廣的應(yīng)用，但其數(shù)字控制后的系統(tǒng)性能常常并不優(yōu)于模擬控制。對這一 問題，國內(nèi)外文獻(xiàn)中的研究成果較少，在研究逆變器的數(shù)字控制的固有的缺陷里主要

17、有：逆 變器的數(shù)字控制因模擬數(shù)字采樣和進(jìn)行必須的S化處理帶來的不可避免的誤差；逆變器的數(shù) 字控制因數(shù)字處理器采樣、計(jì)算延時(shí)造成的SPWM逆變電源最大占空比受限；零階保持器給 逆變電源造成的性能的影響三個(gè)問題。2浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文第1章緒論1.1本設(shè)計(jì)的內(nèi)容現(xiàn)代船舶采用了柴油發(fā)電機(jī)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行來產(chǎn)生船舶照明及電氣設(shè)備所采用的交流電 源。但是柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速常常會發(fā)生波動(dòng)，而船舶電網(wǎng)的容S有限，這樣會使船舶交流電 網(wǎng)的母線電壓以及運(yùn)行頻率發(fā)生較大波動(dòng)，另外船舶中電動(dòng)拖動(dòng)設(shè)備需要變頻變壓的交流電 源，而柴油發(fā)電機(jī)一般工作在產(chǎn)生恒壓恒頻交流電的工作狀態(tài)。為了解決上述問題，船舶電

18、 網(wǎng)中廣泛使用了三相逆變電源裝置用以提供電壓以及頻率恒定的交流電以及適合于異步電機(jī) 調(diào)速用的變頻變壓交流電。本文研制的正是滿足這一要求的三相逆變電源，這個(gè)裝置采用 SPWM控制技術(shù)，具有直流電壓利用率高、諧波含量少、濾波器體積小、電機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn) 等優(yōu)點(diǎn)。船舶之所以要用變頻器把直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能是因?yàn)樵鹊碾娏骱兄C波且不穩(wěn) 定。輸入電流諧波的危害主要有：1) 使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使得電器設(shè)備過熱，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲并使絕 緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。2) 可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含S放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。3) 使測fi儀器產(chǎn)生附加諧波誤

19、差。常規(guī)的測ffl儀器是設(shè)計(jì)并工作在正弦電壓、電流波形 的，因此在測a正弦電壓和電流時(shí)能保證其精度，但是這些儀表用于測a非正弦a時(shí)，會產(chǎn) 生附加誤差，影響測a：精度。4) 諧波還會引起繼電保護(hù)和電動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂?，F(xiàn)代逆變電源系統(tǒng)對功率因數(shù)校正和電流諧波抑制提出了更高的要求。為了減小AC-DC 交流電路輸入端諧波產(chǎn)生的噪聲和對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染，以保證電網(wǎng)供電質(zhì)S,提高電網(wǎng) 的可靠性。同時(shí)也為了提高輸入功率因數(shù)，以達(dá)到節(jié)能的效果，不少國家和國際學(xué)術(shù)組織都 制定了限制電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。如國際電氣電子工程師協(xié)會、國際 電:委員會和國際大電網(wǎng)會議都推出了各_建議

20、的諧波標(biāo)準(zhǔn)，其中最有影響力的是 iee519-992和iecl000-3-2。我國也先后于1984年和1993年分別制定了限制諧波的規(guī)定和國 家標(biāo)準(zhǔn)。船用變頻器運(yùn)行概覽：變頻器的作用是將電源（交流電源）的固定頻率和電壓轉(zhuǎn)換為一 個(gè)可變的頻率和電壓以便驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨頻率的改變而線性變化。為了對電機(jī)轉(zhuǎn) 矩進(jìn)行精確控制，在電機(jī)的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持電壓與頻率比的恒定十分重要，即要使V/f0 =常數(shù)，其中0為電機(jī)的磁通量。船用變頻器的整流單元將交流電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)恒定的直流 電壓，交流逆變單元的作用是將這一直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)可變的交流電壓。船用變頻器可以 通過一種幾乎無損耗的方式來進(jìn)行這種能量轉(zhuǎn)

21、換。船用變頻器的工作效率在97-98%之間。 由二極管和晶閘管組成的電源整流單元執(zhí)行這項(xiàng)工作，它可以確保電源提供的電流與電源電 壓保持同相，即船用變頻器將只獲取電源的有功功率（即幾乎為整功率因數(shù)）而不需要無功 功率。如果忽略電機(jī)和船用變頻器的效率因素，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將只獲取被驅(qū)動(dòng)負(fù)荷在各個(gè)時(shí)刻 所需的有功功率。這同樣適用于電機(jī)在部分負(fù)荷范圍內(nèi)工作時(shí)的情況。與其它形式的驅(qū)動(dòng)器 相比，轉(zhuǎn)速控制鼠籠式電機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有非常高的效率。下圖說明了一臺由船用變頻器控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的原理。兩個(gè)圖顯示了提供給電機(jī)或被3浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文驅(qū)動(dòng)機(jī)器的電流、電壓和功率，以及在電源側(cè)作為電機(jī)

22、轉(zhuǎn)速的函數(shù)的相應(yīng)條件。此處的條件 是，整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)需要恒定轉(zhuǎn)矩T。轉(zhuǎn)矩T和功率P之間的物理關(guān)系為：T Nm = 9.55*PW/nrpm(1-1)從此式中可以看出，在保持轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，輸出功率P將隨電機(jī)轉(zhuǎn)速n線性增加。由于 船用變頻器的控制系統(tǒng)可確保電機(jī)在恒定磁通量0下工作，因此，電機(jī)電流將與轉(zhuǎn)矩T成 正比，也就是IAkNm。恒定磁通M 0的條件是，實(shí)際電壓V隨頻率f成正比增加，即V/f 0=常數(shù)。基本物理定律表明，P為電壓V和電流I的乘積，即P = V*I,這種關(guān)系從圖上可 以看出。3AC 208-690V50/60HZ整流器直流鏈路逆變器3AC -VratedD例圖n在恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)荷電機(jī)的整

23、個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電源和電機(jī)的功率和電流負(fù)荷在工作機(jī)器的轉(zhuǎn)速保持恒定時(shí)，變頻器供電側(cè)的物理因素是如何作為轉(zhuǎn)速函數(shù)變化的。 在忽略效率時(shí)，來自電源的吸收功率Pi 定與電機(jī)的輸出功率P相同。由于電源電壓V保 持恒定并且必須符合物理?xiàng)l件P=V*I，船用變頻器從電源獲得的電流I,將與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正 比增加，即使在電機(jī)電流I和轉(zhuǎn)矩保持恒定的情況下。這兩個(gè)電流只有在額定電機(jī)轉(zhuǎn)速下才 相同。在給定的物理?xiàng)l件下，當(dāng)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷較低時(shí)，電流負(fù)荷會非常低。直接從電源起動(dòng)電 機(jī)時(shí)，電機(jī)電流將達(dá)到額定電流的6-7倍。使用船用變頻器時(shí)，電源電流只是額定電機(jī)電流 的一部分。這意味著可以將由船用變頻器控制電機(jī)引起的電源電壓降落忽略，

24、而不管該電壓 降落有多大。像柴電推進(jìn)系統(tǒng)這樣的大型驅(qū)動(dòng)裝置通常從三臺或更多柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)獲得所需的電能。 在這方面，通過調(diào)整發(fā)電機(jī)組并車臺數(shù)來提供當(dāng)前所需推力和船上其它設(shè)備所需能量，就可 能節(jié)約巨大的能量。不再需要使用輔助柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，維護(hù)計(jì)劃也變得更加簡單。使用柴電 推進(jìn)系統(tǒng)，可以對重量和體積都很大的部件進(jìn)行靈活、最佳定位，同時(shí)還會降低對面積和空 間的總體需求。同時(shí)，改進(jìn)的系統(tǒng)計(jì)劃將會使運(yùn)作成本降低。在冷卻水泵和風(fēng)扇上而也存在 著巨大的節(jié)能潛力，因?yàn)樗鼈兊某叽绱笮∈歉鶕?jù)與溫度有關(guān)的類別要求確定的。由此使得那 些由系統(tǒng)過量輸送空氣和水而消耗的能fi得到合理運(yùn)用。多年以來，空氣和水的溫度大大低 于

25、用作分類要求基礎(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。對帶有集成溫度調(diào)節(jié)的船用變頻器的投資很快就會得到回報(bào)。 對于絞車、推進(jìn)器、卸料泵等其它應(yīng)用，船用變頻器控制的交流電機(jī)與液壓系統(tǒng)相比，會表 現(xiàn)出較好的工作特性。4浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文船用變頻器可以對轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，并使電機(jī)產(chǎn)生精確的預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固的鼠籠 式電機(jī)可以得到控制，在從靜止到超過額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供均勻的轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：1) 投資較低。2) 在部分負(fù)載范圍內(nèi)時(shí)，節(jié)約能量。3) 維護(hù)成本較低，因?yàn)槭芸刂频碾姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)減輕了機(jī)器和材料磨損。4) 與液壓和柴油解決方案相比節(jié)省空間。技術(shù)更佳的過程解決方案：1) 工作可靠性提高

26、。2) 磨損低、維護(hù)少。3) 監(jiān)控和操作簡單。4) 故障診斷快速而安全。5) 經(jīng)濟(jì)而用戶友好的操作。本設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)的是一個(gè)為船舶中通訊設(shè)備，照明設(shè)備、控制設(shè)備、輔助機(jī)械設(shè)備等提供 性能可靠的50HZ三相逆變電源系統(tǒng)系統(tǒng)。主要包括整流電路、逆變電路、控制電路等。整 個(gè)控制器由微處理器和SPWM發(fā)生器組成。設(shè)計(jì)的主要目的是理解電源的組成及各種電路的應(yīng)用，使自己更好的掌握電力電子技術(shù) 的有關(guān)知識，學(xué)習(xí)電力電子方面的設(shè)計(jì)方法和理論依據(jù)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)(1) 技術(shù)要求1. 該小功率三相電源采用市電供電，即采用220V/50HZ的單相交流電。2. 電源的輸出能獲得交流電有效值可達(dá)400V左右，最大輸出電流為

27、50A。3. 電源諧波總含量小于3%,功率因數(shù)為0.95。4. 具有過電流保護(hù)功能。(2) 設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 根據(jù)題目的技術(shù)要求，分析論證并確定主電路和控制器的結(jié)構(gòu)形式。2. 電源主電路元部件的確定。3. 電源控制電路元部件的確定。4. 繪制電源的電氣原理圖。5. 對小功率三相逆變電源利用ORCAD軟件進(jìn)行仿真。5浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文第2章PWM控制方式2.1 PWM控制的基本原理PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。像直流斬波電路實(shí)際上采用的就是PWM 技術(shù)。

28、這種把直流電壓“斬”成一系列脈沖，改變脈沖的占空比來獲得所需的輸出電壓。改 變脈沖的占空比就是對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，只是因?yàn)檩斎腚妷汉退枰妮敵鲭妷憾际侵绷?電壓，因此脈沖既是等副的，也是等寬的，僅僅是對脈沖的占空比進(jìn)行控，這是PWM控制 中最為簡單的一種情況。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻。目前中 小功率的逆變電路幾乎都采用了 PWM技術(shù)。逆變電路時(shí)PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場 合。也可以說PWM控制技術(shù)正是有賴于再逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展的比較成熟。PWM控制的基本原理跟采樣控制理論有一個(gè)重要的結(jié)論效果基本相同：沖fi相等而形 狀不同的窄脈沖加在具有

29、慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，沖量即窄脈沖的而積。在PWM調(diào)制中，就是面 積相等而形狀不同的窄脈沖加到具有慣性的LC濾波器上時(shí)，其輸出響應(yīng)波形基本相同。這 里所說的效果基本相同是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換 分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。例如下圖：,ii1 fit)I .irt、Ltr r Jtfa)矩形脈沖b)三角形脈沖c)正弦半波脈沖d)單位脈沖函數(shù)圖2.1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖閣a、b、c所示的三個(gè)窄脈沖形狀不同，其中圖a為矩形脈沖，圖b為三角形脈沖，圖 c為正弦半波脈沖，但它們的面積（即沖量）都等于1,那么，當(dāng)它們分別家在具有慣性的同 一個(gè)環(huán)節(jié)上

30、時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳Dd的單位脈沖函數(shù)時(shí)，環(huán)節(jié)的響 應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。圖2.2沖量相等的各種窄脈沖的響應(yīng)波形上圖的電路是以個(gè)具體的例子。圖中為電壓窄脈沖，其形狀和而積分別如圖的a、b、 c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的R-L電路上，設(shè)其電流為電 路的輸出。圖b給出了不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形。從波形可以看出，在的上升段，6浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文脈沖形狀不同過時(shí)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各 波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。用傅里葉級數(shù) 分解后將可看出，各在低頻段的特性將非常

31、接近，僅在高頻段有所不同。上述原理可以 稱之為而積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。下面分析如何用一系列等副不 等寬的脈沖來替代一個(gè)正弦半波。>CJ圖2.3用PWM波代替正弦波把圖中a的正弦半波分成N份，就可以吧正弦半波看出是由N各彼此相連的脈沖序列組 成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于TT/N,但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是 曲線，各種脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)fi的等幅而不等寬 的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的 正弦波部分面積（沖量）相等，就得到了圖中b所示的脈沖序列。這就是PWM波形?？?/p>

32、以 看出，各脈沖的幅值相等，而寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和 正弦半波是等效的。對于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。像這種脈 沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也稱SPWM (Sinusoidal PWM)波 形。要改變等輸正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。2.2 PWM波的控制方法(1) 計(jì)算法所謂計(jì)算法，就是當(dāng)我們一旦確定了逆變電路所需輸出的正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期 內(nèi)的脈沖數(shù)，根據(jù)前述的面積等效的基本原理，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn) 確計(jì)算出來，進(jìn)一步計(jì)算出各脈沖的前、后沿時(shí)刻，于是便可得

33、到所需的PWM波，以此直 接控制逆變電路中各開關(guān)器件的通/斷，便可在負(fù)載上得到所需要的PWM波形。由于逆變電 路在工作時(shí)，每當(dāng)需要改變輸出的頻率、幅值或相位時(shí)，都要對所有數(shù)據(jù)重新計(jì)算，尤其需 要頻繁改變輸出正弦波的頻率和幅值時(shí)，計(jì)算任務(wù)相當(dāng)繁重，甚至難以滿足實(shí)時(shí)控制的要求， 所以計(jì)算法在實(shí)際中很少采用。(2) 調(diào)制法實(shí)際中普遍使用的主要是調(diào)制法。結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對調(diào)制法進(jìn)行說明7浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文圖2.4單相橋式PWM逆變電路工作時(shí)和¥2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。以u正半周為例，乂1通，V2斷，V3 和交替通斷。負(fù)載電流比電壓滯后，在電

34、壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負(fù)。 負(fù)載電流為正的區(qū)間，乂和V4導(dǎo)通時(shí)，Ue等于Ud。V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過乂,和VD3 續(xù)流，u=負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，乂和仍導(dǎo)通，i為負(fù)，實(shí)際上i從，和仰#流過， 仍有u=Ud。V4關(guān)斷V3開通后，iG從V3和VD續(xù)流，u=0。負(fù)載電壓u總可得到Ud和零 兩種電平。u負(fù)半周，讓V2保持通，V丨保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，負(fù)載電壓u可得-11(1和 零兩種電平?？刂坪蚔4通斷的方法如下圖所示。一 U.H圖2.5單極性PWM控制方式波形調(diào)制信號&為正弦波，載波Ue在U,的正半周為正極性的三角波，在&的負(fù)半周為負(fù)極 性的三角波。在ur和U

35、c的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT的通斷。在ur的正半周，Vi保持同臺，乂2保 持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)Uj>Ue時(shí)使V4導(dǎo)通，V3關(guān)斷U=Ud;當(dāng)Ur<Uc時(shí)使V4關(guān)斷，V3導(dǎo)通，u=。這樣， 就得到了 SPWM波形u。圖中的虛線uf表示uG中的基波分量。像這種在ur的半個(gè)周期內(nèi)三 角載波只在正極性或負(fù)極性一種極性范圍內(nèi)變化，所得到的PWM波形也只在單個(gè)極性范圍 變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。8浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文和單極性PWM控制方式相對應(yīng)的是雙極性控制方式。前面單相橋式逆變電路在采用雙 極性控制方式時(shí)的波形如下圖所示：圖2.6雙極性PWM控制方式波形采用雙極性方式時(shí)，

36、在ur的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)， 所得的PWM波也是有正有負(fù)。在W的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有±Ud兩種電平，而 不象單極性控制時(shí)還有零電平。仍然在調(diào)制信號Ur和載波信號的交點(diǎn)時(shí)刻控制各開關(guān)器件 的通斷。在叫的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。當(dāng)Ul>A時(shí)，給和¥4導(dǎo)通信 號，給V2和乂3關(guān)斷信號。如i>0, %和4通，如i<0, 和0)4通，u=-Ud。當(dāng)uUc 時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號，給和¥4關(guān)斷信號。如i<0, V2和V3通，如i>0, VD2和VD3 通，u=-Ud。由此可見不管哪種情況都

37、是u=-Ud?？梢钥闯觯瑔蜗鄻蚴诫娐芳瓤刹扇螛O性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制，由于對開關(guān)器件 通斷控制的規(guī)律不同，它們的輸出波形也有較大的差別。2.3異步調(diào)制和同步調(diào)制在PWM控制電路中，載波頻率與調(diào)制信號頻率f；之比，N=fyf；稱為載波比。根據(jù)載 波和信號是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種。 (1)異步調(diào)制法載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。9浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文UrUUrVUc UrV圖2.7三相橋式PWM逆變電路波形上圖的波形就是異步調(diào)制三相PWM波形。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率t固 定不變，因而當(dāng)信號波

38、頻率變化時(shí)，載波比N試變化的。同時(shí)，在信號波的半個(gè)周期內(nèi)， PWM波的脈沖個(gè)數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4 周期的脈沖也不對稱。當(dāng)信號波頻率較低時(shí)，載波比N較大，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對稱 和半周期內(nèi)前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM脈沖不對稱的影響就變 大，有時(shí)信號波的微小變化還會產(chǎn)生PWM脈沖的跳動(dòng)。這就使得輸出PWM波和正弦波的 差異變大。對于三相PWM型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。因此，在采用異步 調(diào)制方式時(shí)，希望采用較高的載波頻率，以使在信號波頻率較高時(shí)仍能保持較大的載波比。(2)同步調(diào)制載波比N等于常數(shù)

39、，并在變頻時(shí)使載波和信號波保持同步的方式稱為同步調(diào)制。在基本 同步調(diào)制方式中，信號波頻率變化時(shí)載波比N不變，信號波一個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定 的，脈沖相位也是固定的。在三相PWM逆變電路中，通常公用一個(gè)三角波載波，且取載波 比N為3的整數(shù)倍，以使三相輸出波形嚴(yán)格對稱。同時(shí)，為了使一相的PWM波正負(fù)半周鏡 對稱，N應(yīng)取奇數(shù)。下圖的例子是N=9時(shí)的同步調(diào)制三相PWM波形。浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文圖2.8同步調(diào)制三相PWM波形當(dāng)逆變電路輸出頻率很低時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc也很低。fc過低時(shí)由調(diào)制帶來的 諧波不易濾除。當(dāng)負(fù)載為電動(dòng)機(jī)時(shí)也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲。當(dāng)逆變電路輸出

40、頻率很 高時(shí)，同步調(diào)制時(shí)的載波頻率fc會過高，使開關(guān)器件難以承受。為了克服上述缺點(diǎn)，可以采用分段同步調(diào)制的方法。即把逆變電路的輸出頻率范圍劃分 成若干個(gè)頻段，每個(gè)頻段內(nèi)都保持載波比N為恒定，不同頻段的載波比不同。在輸出頻率高 的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。在 輸出頻率低的頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對負(fù)載產(chǎn)生不利影響。各頻 段的載波比取3的整數(shù)倍且為奇數(shù)為宜。圖2.9分段同步調(diào)制上圖給出了分段同步調(diào)制的一個(gè)例子，各頻段的載波比標(biāo)在圖中。為了防止載波頻率在 切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，在各頻率切換點(diǎn)采用了滯后切換的方法。圖中切換點(diǎn)處的實(shí)線表

41、示輸 出頻率增高時(shí)的切換頻率，虛線表示輸出頻率降低時(shí)的切換頻率，前者略高于后者而形成滯 后切換。在不同的頻率段內(nèi)，載波頻率的變化范圍基本一致，fe大約在1.4-2.0kHZ之間。同步調(diào)制方式比異步調(diào)制方式復(fù)雜一些，但使用微機(jī)控制時(shí)還是容易實(shí)現(xiàn)的。有的裝置 在低頻輸出時(shí)采用異步調(diào)制方式，而在高頻輸出時(shí)切換到同步調(diào)制方式，這樣可以吧兩者的 優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，和分段同步方式的效果接近。11浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文第3章主電路的組成及原理3.1小功率三相逆變電源主電路分析與設(shè)計(jì)小功率三相逆變電源基本工作原理：市電單相電壓（220V)經(jīng)整流后供給逆變電路，采 用電壓型三相橋式逆變電路，在驅(qū)

42、動(dòng)信號作用下根據(jù)正弦波脈寬調(diào)制原理（SPWM)將直流電變成一定電壓、一定頻率的交流電，經(jīng)濾波隔離后供給負(fù)載。本文設(shè)計(jì)的船用三相逆變電源的主電路結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，其主電路大體結(jié)構(gòu)為 AC-DC-AC,由以下電路模塊組成。濾波 電路圖3.1船舶逆變電源主電路結(jié)構(gòu)圖將柴油發(fā)電機(jī)電網(wǎng)中的交流電首先經(jīng)過整流變壓器之后再經(jīng)過不控的三相整流橋整流成直流電。在此電路中整流變壓器的作用是為了使三相逆變電源獲得合適的直流電壓，需將柴油發(fā)電機(jī)電網(wǎng)的交流電壓變換成相應(yīng)適合的值，可以避免在直流側(cè)設(shè)置DC-DC變換電路，這樣簡化了硬件，提高了效率。直流部分：主電路的直流部分由直流濾波電路和泵升電壓限制電路組成。1和q能

43、夠?yàn)V除直流側(cè)諧波使直流電壓趨于恒定，此外電感L,還能抑制主電路剛上電時(shí)的電流上升率。當(dāng)此逆變電源用于拖動(dòng)電機(jī)時(shí)，如電機(jī)處于制動(dòng)回饋制動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)由于不可控整流橋無法將電能返回給交流電網(wǎng)而導(dǎo)致直流側(cè)電壓上升，為限制直流側(cè)的泵升電壓，在直流側(cè)中設(shè)置了晶體管乃和大功率電阻R,當(dāng)檢測到直流側(cè)電壓過高時(shí)，控制電路將晶體管乃開通，使多余的電能消耗在電阻R,上，限制了直流側(cè)電壓的升高。逆變及輸出部分：主電路中由六個(gè)IGBT模塊構(gòu)成三相逆變橋電路。此逆變橋應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，可靠性較高。由于采用SPWM控制方式時(shí)輸出的線電壓具有一定量的較高次諧波，因此必須由濾波器將主要的諧波濾除，然后接上隔離變壓器，由隔離變

44、壓器的二次側(cè)給負(fù)載供電。隔離變壓器既可以將負(fù)載和逆變裝置電氣隔離，也可以方便多臺同一逆變頻率的逆變裝置并網(wǎng)運(yùn)行。3.2整流變壓器的選擇直流側(cè)電壓：電壓峰值比上電容峰值為：0.7 = -:Ld_=720%lXfl(3-1)三相直流側(cè)額定輸出電壓：Ud=933.1V取940V。浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文變壓器二次側(cè)電壓為：u2uN (1 + 5%) + nur2.34(e -c-)988.52.34(0.9 + 0.5)逆變側(cè)電源輸出總?cè)輋i:S = y/3U1:50xy/3 =3464AKVA直流側(cè)額定輸出電流平均值:S_ud?>6A /40A(3-2)(3-3)(3-3)

45、變壓器二次側(cè)電流：/2 = /j x= 32.6A(3-4)因?yàn)樽儔浩魅軲等于3倍的相電壓乘以相電流所以：5 = w2x/2x3 = 46.9A：K4 取 50KVA。（3-5)選擇SBK-50KVA三相變壓器。3.3二極管與IGBT的選擇首先確定二級管額定電壓UTM,二級管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓URM，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，還要放寬23倍的安全系數(shù)，則計(jì)算公式：=(23)0-6)對于本設(shè)計(jì)采用的是三相橋式整流電路，二級管按1至6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中二級管承受的最大電壓：C/=V6t/2=2.45/2(3-7)故計(jì)算的二級管額定電壓為：1=232=

46、23513572廠取3000¥。（3-8)再確定二級管額定電流Itav),額定電流有效值大于流過元件實(shí)際電流的最大有效值一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的1.52倍。二極管有效電流：I, =J2/= 32.6/75 = 23兒通態(tài)平均電流：/t(vd) = It/1.57 =23/1.57 = 14.6留1.52欲fi所以取二極管額定電路：/w=29.2 43.8d 取 35A。依據(jù)電路中電流和電壓的要求，選擇二極管型號為sk3-02-30。IGBT電壓：為23倍的直流側(cè)電壓1880-2820V。最大電流為欲量所以取100A。依據(jù)電路中電流和電壓的要求，選擇IGBT型號為FF100R33K

47、F2C，基本參數(shù)為：通態(tài)峰值電壓UTM: 3300V;(3-9)(3-10)=70乂，留 1.5 倍13浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文通態(tài)平均電流It: lA。3.4電感和電容的選擇1為用于保證輸出電流連續(xù)的臨界電感，其計(jì)算如下：T K.u, 0.693x480 L = = 83.16m/in l%/,Imin要求的最小負(fù)載電流平均值；Kl計(jì)算系數(shù)；對三相全控橋時(shí)=0.693。電容：Uc=2ud=1880V。容值選470uF。3.5過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)1.三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù) 保護(hù)原理圖3.2如

48、下：TA圖3.2 次側(cè)過電流保護(hù)電路熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。本文設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的線電壓為940V，熔斷器額定電壓可選擇1000V。 熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。本文設(shè)計(jì)中變壓器的一次側(cè)的電流Ii:_U2I2 _ 480x32.6 940= 16.6 屯4(3-12)xin = *v/3 x 16.64 = 28.831(3-13)熔斷器額定電流：IFU<l.&xi= 1.6 28.=834113=)(3-14)因此，如上圖在三相交流電路變壓器的一次側(cè)的每一相上串上一個(gè)熔斷器，按本課題的 設(shè)計(jì)要求熔斷器的額定電壓

49、可選1000V，額定電流選45A (型號RX1-1000V)2.二極管過電流保護(hù) 根據(jù)快速熔斷器的要求：I < 1.57IrAy = 1.57x23 = 36.1U(3-15)熔斷器的額定電壓：U >URM =2A5U2=2A5x4S0 = U76V(3-16)浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文因此，按本課題的設(shè)計(jì)要求，用于二級管過電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇 1200V。額定電流可選35A (型號A1200Q30-4 )。3.IGBT過電流保護(hù)根據(jù)快速熔斷器的要求：I <1.57IrAy = 1.57x70 = 109.9(3-17)熔斷器的額定電壓：U=2

50、.45/2= 2.45x480 = 1176F(3-18)因此，按本課題的設(shè)計(jì)要求，用于IGBT過電流保護(hù)的快速熔斷器的額定電壓可選擇 1200V,額定電流可選100A (型號A1200Q100-4 )。3.6濾波器的選擇對特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行有效濾除的電路，就是濾波器。其功能就是 得到一個(gè)特定頻率或消除一個(gè)特定頻率，濾波器是一種對信號有處理作用的器件或電路。主 要作用是：讓有用信號盡可能無衰減的通過，對無用信號盡可能大的衰減。濾波器一般有兩 個(gè)端口，一個(gè)輸入信號、一個(gè)輸出信號。利用這個(gè)特性可以將通過濾波器的一個(gè)方波群或復(fù) 合噪波，而得到一個(gè)特定頻率的正弦波。濾波器是由電感器和

51、電容器構(gòu)成的網(wǎng)路，可使混合的交直流電流分開。電源整流器中， 即借助此網(wǎng)路濾凈脈動(dòng)直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。最基本的濾波器，是由 一個(gè)電容器和一個(gè)電感器構(gòu)成，稱為L型濾波。所有各型的濾波器，都是集合L型單節(jié)濾波 器而成?；締喂?jié)式濾波器由一個(gè)串聯(lián)臂及一個(gè)并聯(lián)臂所組成，串聯(lián)臂為電感器，并聯(lián)臂為 電容器。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為L型及7C型兩種。本文設(shè)計(jì)的濾波器載波頻率取1KHZ,在1.95HZ-2.05HZ諧波最大。電感阻抗和電容阻抗有以下關(guān)系：r 1(L =(3-19)coCc = 27Tfx9 fx=2fc(3-20)得14；r取L=20mH算出C=1.26uF 取

52、 1.33uF所以本文選取L=20mH, C=1.33uF的濾波器。圖3.3濾波器原理圖浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文第4章控制電路設(shè)計(jì)整個(gè)控制器由微處理器和SPWM發(fā)生器組成。在此采用16位80C196KC單片機(jī)作為主 控制器，SPWM波的產(chǎn)生選擇了專用集成芯片SA4828,硬件電路也大大簡化，靈活性強(qiáng)、 智能性強(qiáng)，同時(shí)生成的SPWM波形精度高，速度加快，相應(yīng)電源的可靠性大為提高。4.1控制電路此船用三相逆變電源的控制電路結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，控制電路包括主控芯片、外圍設(shè) 備接口電路、驅(qū)動(dòng)電路和檢測電路。電壓檢測電路可以檢測逆變器的輸出電壓，這樣可以構(gòu)成閉環(huán)控制，保證輸出的電壓的

53、穩(wěn)定，在電機(jī)調(diào)速中為電機(jī)調(diào)速控制帶來方便。電流檢測的作用對開關(guān)器件流過的電流進(jìn)行 監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)電流超過允許值則封鎖驅(qū)動(dòng)脈沖，保護(hù)開關(guān)器件。測頻電路通過檢測三相逆 變電源輸出交流電的頻率，可以構(gòu)成頻率閉環(huán)控制，保證輸出交流電源的頻率恒定，在電機(jī) 調(diào)速中為電機(jī)調(diào)速控制提供定子頻率參量。直流側(cè)電壓檢測的作用主要是當(dāng)交流電機(jī)回饋制 動(dòng)運(yùn)行時(shí)，如發(fā)現(xiàn)直流側(cè)電壓超過允許值，則將大功率晶體管乃開通，將多余的電能消耗在 電阻上，防止直流側(cè)電壓升高至警戒值。此外，用于電機(jī)調(diào)速用逆變電源時(shí)，為了獲得電機(jī) 調(diào)速更好的控制性能，檢測電路包括三相交流電壓檢測，用于構(gòu)成電壓閉環(huán)控制，保持電壓 輸出穩(wěn)定，穩(wěn)定在400V左

54、右。顯示電路用于顯示輸出電壓值，電流值，頻率值。數(shù)據(jù)芯片 用來保存測量的數(shù)據(jù)，檢測的數(shù)據(jù)。數(shù)字測速用于當(dāng)此電路驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng) 時(shí)可增加數(shù)字測速模塊。另外驅(qū)動(dòng)芯片SA4828用來產(chǎn)生三相SPWM波，而IR2130芯片用 于驅(qū)動(dòng)三相逆變橋。圖4.1船舶逆變電源控制電路結(jié)構(gòu)圖16浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文圖4.2 80C196KC封裝圖 首先，介紹一下80C196KC的各個(gè)基本組成特點(diǎn)：1) 16位CPU,沒有了累加器結(jié)構(gòu)，采用寄存器一寄存器結(jié)構(gòu)。2) 外部時(shí)鐘16MHZ,速度高。3) 除原來片232字節(jié)的寄存器空間外，增加256個(gè)字節(jié)的附加RAM,且在垂直窗口 下課靈

55、活地應(yīng)用。4) 16K字節(jié)，尋址能力為64KB。5) 5 個(gè) 8 位 I/O 口。6) 以FIFO為基礎(chǔ)的HIS和以CAM為基礎(chǔ)的HSO結(jié)構(gòu)，HISFIFOFULL,有其自 己的中斷向fi地址203CH。7) CTCI可寫入時(shí)間常數(shù)，作為獨(dú)立定時(shí)器使用，CTC2增加了捕捉、快速、加減速等 功能。8) 個(gè)全雙工串行口。9) 三路PWM輸出。10) 10位8通道的ADC,增加了新功能：一個(gè)是10bit/8bit AD轉(zhuǎn)換可變，一個(gè)是轉(zhuǎn)換 完成時(shí)間控制可預(yù)先設(shè)定。11) 28個(gè)中斷源和18級中斷、PTS15中斷。12) 16位監(jiān)視定時(shí)器（WDT),具有修復(fù)軟件和防止抗干擾功能。13) CCR.0=1

56、 時(shí)允許 POWER DOWN 方式。14) 112條指令。15) 68 腳 PLCC 封裝。以下是80C196KC的基本功能：4.2主控芯片80C196KC簡介ADOADr3AD4ADSliASA9| Aav3v 1SMIHxalAbsil2V1XITV1XAGVJBe KZH/DNIVb> V3 i EHUVIOHuysvIV卜H3VrosHSd/Naanp r-ld/aloH 9 Id/vas Ewsi oi teK/f SHynsHoc62!ii£birspl.2Eii17浙江海洋學(xué)院東?？茖W(xué)技術(shù)學(xué)院本科生畢業(yè)論文AfiGWD蟑瑯_串基準(zhǔn)圖4.3 80C196功能圖(1) CPU的構(gòu)成1) CPU地址總線結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部地址總線為8位，外部地址總線為16位，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16為，外部數(shù)據(jù)總 線為8位，內(nèi)部可訪問的RAM空間為256個(gè)字節(jié)，即片內(nèi)256個(gè)寄存器陣列和特殊功能寄 存器可被訪問。而對于單片機(jī)外部，一般要較多的存儲空間和I/O空間才能完成固化程序和 擴(kuò)展I/O接口。因此，采用16位地址總線可尋址64KB, CPU的一個(gè)控制單元和兩條總線（8 位ABUS和16位DBUS)將寄