模擬電壓采集電路及程序設(shè)計及電力電子課程設(shè)計

PAGE1PAGE1微型計算機(jī)技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)教師：學(xué)生班級：計科學(xué)生姓名：學(xué)號：班內(nèi)序號：課設(shè)日期：目錄一.課設(shè)任務(wù)·······························1二.課設(shè)目的·······························1三.設(shè)計內(nèi)容·······························1四.設(shè)計思路·······························2五.設(shè)計步驟·······························2六.試驗流程·······························3七.源代碼·································4八.實驗結(jié)果·······························10九.實驗總結(jié)·······························12一、課程設(shè)計任務(wù)：模擬電壓采集電路及程序設(shè)計利用《匯編語言與微型計算機(jī)技術(shù)》課程中所學(xué)的主要可編程接口芯片8253、8255A、ADC0809和微機(jī)內(nèi)部的中斷控制器8259A（從保留的IRQ2或IRQ10端引入）設(shè)計一個模擬電壓采集電路及程序。二、設(shè)計目的通過本設(shè)計，使學(xué)生綜合運(yùn)用《匯編語言與微型計算機(jī)技術(shù)》課程以及其它電子類課程的內(nèi)容，為以后從事計算機(jī)硬件開發(fā)工作奠定一定的基礎(chǔ)。主要掌握并行I/O接口芯片8253、8255A、ADC0809及中斷控制芯片8259A等可編程器件的使用,掌握譯碼器74LS138的使用。學(xué)會用匯編語言編寫一個較完整的實用程序。掌握微型計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的全過程：分析需求、設(shè)計原理圖、選用元器件、布線、編程、調(diào)試、撰寫報告等步驟。三、設(shè)計內(nèi)容1．功能要求采用ADC0809設(shè)計一個單通道模擬電壓采集電路，要求對所接通道變化的模擬電壓值進(jìn)行采集，采集來的數(shù)字量一路送至發(fā)光二極管顯示，一路送至計算機(jī)顯示到屏幕上，每行顯示5個數(shù)據(jù)，采集完100個數(shù)據(jù)后停止采集過程，采集過程中按下ESC鍵也可中斷采集過程。設(shè)計所需器材與工具一塊實驗面包板(內(nèi)含時鐘電路)。可編程芯片8253、8255A、ADC0809和譯碼器芯片74LS138、74LS245各一片。74LS06兩片，發(fā)光二極管8個?？烧{(diào)電位器4.7KΩ一個。導(dǎo)線若干。示波器、萬用表、常用工具等共用(從實驗室現(xiàn)借現(xiàn)還)。8255的自檢測這部分要求我們初始化8255，為了能夠正確的看出8255已經(jīng)初始化，當(dāng)8255初始化后向B口送數(shù)據(jù)0FH到發(fā)光二管上顯示，如果能夠正確顯示就說明8255已經(jīng)被初始化。8253的自檢測這部分要求我們初始化8253，8253初始化后可以通過示波器觀察輸出的波形是否滿足要求。進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。這部分是本次課設(shè)的關(guān)鍵部分，在做此之前，必須保證8255和8253都被正確的初始化，通過8255的C口控制ADC0809對模擬數(shù)據(jù)的采集，然后從A口讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，一路送發(fā)光二極管顯示，一路送顯示器上顯示，這里模擬量由電位器得到。退出系統(tǒng)想結(jié)束程序的時候,從菜單上選擇Esc鍵就可以退出程序。四、設(shè)計思路4.7KΩ電位器一端接+5V，一端接地，調(diào)節(jié)電位器得到變化的模擬電壓，該電壓接至ADC0809的某一通道輸入端（如IN0），ADC0809的時鐘為500KHz，由8253對面包板上時鐘1MHz或2MHz分頻后得到，8253的端口地址：300H～303H。編程啟動ADC0809轉(zhuǎn)換（ADC0809完成一次轉(zhuǎn)換的時間大約為120μs），將ADC0809的EOC引腳信號作為中斷信號，若轉(zhuǎn)換結(jié)束則進(jìn)入中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中讀入模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，一路送至發(fā)光二極管顯示，一路送至計算機(jī)顯示到屏幕上。8255A用做CPU和ADC0809間的接口芯片，ADC0809的控制信號（如OE、ALE、START等）可由8255A的PC口提供，模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量可經(jīng)8255A的PA口讀入，經(jīng)8255A的PB口輸出到發(fā)光二極管。8255A端口地址：304H～307H。譯碼電路由74LS138提供。74LS245用于總線和8255A之間的雙向傳輸和隔離。硬件珠城際工作原理五、設(shè)計步驟設(shè)計出正確的接口電路原理圖，要求用專業(yè)繪圖軟件繪制電路圖，并注明器件的名稱和管腳。根據(jù)要求用74LS138設(shè)計出正確的I/O譯碼電路。正確運(yùn)用所給器件布線，搭接硬件電路。選用匯編語言編寫主程序以及各芯片調(diào)試子程序，要求：具有操作界面、使用方便；實現(xiàn)功能要求；功能模塊應(yīng)有詳細(xì)注釋。調(diào)試并排錯，包括硬件電路和軟件編程部分的錯誤。按照下圖連接電路六、實驗流程1、ADC主程序編寫2、ADC中斷服務(wù)程序的編寫七、源代碼DATASEGMENTMESG1DB'1sinvokeinterruptonetime,andtolightoneofLEDs',0ah,0dhDB'ExitwithEsc',0ah,0dh,'$'INT0A_OFFDW(?)INT0A_SEGDW(?)DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATADELAYPROC PUSHCXPUSHBXMOVBX,0FFFHLOOP2:MOVCX,0FFFFHLOOP1:LOOPLOOP1DECBXJNZLOOP2 POPBX POPCX RETDELAYENDPDISPPROC pushaxshow:andal,0f0h;顯示高4位 shral,4 cmpal,9 jahex addal,30h jmpnexthex:addal,37hnext:movdl,al movah,2 int21H popax andal,0fh;顯示低4位 cmpal,9 jahex1 addal,30h jmpnext1hex1:addal,37hnext1:movdl,almovah,2 int21h movdl,13 ;向屏幕送回車符 movah,2 int21h movdl,10 ;向屏幕送換行符 movah,2 int21h RETDISPENDPSTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVAH,09H MOVDX,OFFSETMESG1 INT21h;顯示提示信息MOVDX,303H;初始化8255MOVAL,80HOUTDX,ALMOVAX,3572H;獲取原中斷向量INT21HMOVINT0A_OFF,BX;保存原中斷向量MOVBX,ESMOVINT0A_SEG,BXCLI;關(guān)中斷MOVAX,2572HMOVDX,SEGLEDLIGHT;設(shè)置新的中斷向量PUSHDSMOVDS,DXMOVDX,OFFSETLEDLIGHTINT21HPOPDSSTI;開中斷INAL,0A1H;打開IRQ10ANDAL,0FBHOUT0A1H,ALINAL,21H;打開IRQ2ANDAL,0FBHOUT21H,AL MOVDX,307H ;8253定時1SMOVAL,01110110BOUTDX,ALMOVDX,305HMOVAL,0E8HOUTDX,ALMOVAL,03HOUTDX,ALMOVDX,307HMOVAL,10110110BOUTDX,ALMOVDX,306H MOVAL,0E8HOUTDX,ALMOVAL,03HOUTDX,ALL1:MOVAH,0BH;檢查是否有Esc鍵按下INT21HINCALJNZNEXT0;若無鍵按下，則程序往下執(zhí)行MOVAH,08H;如有Esc鍵按下，則程序退出INT21HCMPAL,27JZEXITNEXT0: CALLDELAY JMPL1LEDLIGHTPROCFAR;中斷服務(wù)程序PUSHSIPUSHAXPUSHDXCLI;關(guān)中斷movdx,303h;初始化8255狀態(tài)字,A口輸出 moval,80h outdx,al movdx,300h ;送通道號至A口 moval,0 outdx,al movdx,303h moval,3h ;00000011,使PC1為1 outdx,al ;PC1置1進(jìn)行地址鎖存 ;movdx,303h ;moval,90h ;outdx,al ;重寫8255方式字,A口輸入,B口輸出,C口低四位輸出movdx,303h;使PC0置高發(fā)啟動信號 moval,1h ;00000001,先使PC0為1 outdx,al movcx,0f00h;delay;lop1:looplop1 movdx,303h moval,0h ;00000000,延時后使PC0為0發(fā)啟動信號 outdx,alnop nop movdx,303hmoval,5h ;00000101,使PC2為高,發(fā)出OE outdx,al movdx,300h ;從A口讀數(shù)據(jù) inal,dx MOVDX,301H ;從B口向LED輸出數(shù)據(jù) OUTDX,AL CALLDISP ;向屏幕輸出數(shù)據(jù)MOVAL,62H;發(fā)中斷結(jié)束命令MOVDX,0A0HOUTDX,AL;向從片8259發(fā)EOI命令OUT020H,AL;向主片8259發(fā)EOI命令STI;開中斷POPDXPOPAXPOPSIIRETLEDLIGHTENDPEXIT:MOVAX,2572H;恢復(fù)中斷向量MOVDX,INT0A_SEGPUSHDSMOVDS,DXMOVDX,INT0A_OFFINT21HPOPDSINAL,0A1H;屏蔽IRQ10ORAL,04HOUT0A1H,ALINAL,21H;屏蔽IRQ2ORAL,04HOUT21H,ALMOVAX,4C00H;程序退出INT21HCODEENDSENDSTART八、實驗結(jié)果（如下圖）1、鍵入單選項“1”進(jìn)入主菜單后選擇1進(jìn)行8255的初始化自檢，這時候會發(fā)現(xiàn)在實驗板上的一半燈亮，一半滅。界面和實驗箱效果如下圖所示：2、鍵入菜單項“2”8255初始化完成后鍵入“2”，程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)，一路送往電腦顯示，一路送往二極管顯示，調(diào)節(jié)電位器，采集不同的數(shù)據(jù)八、實驗總結(jié)個人覺得這次實驗主要考驗的是學(xué)習(xí)態(tài)度和細(xì)心。實驗用到的芯片基本都學(xué)習(xí)過，實驗原理、程序代碼及電路圖老師都有講解，就是看平時學(xué)習(xí)時認(rèn)真與否。做實驗時得細(xì)心和有耐心才能事半功倍。對于我來說，這次實驗由于之前上機(jī)做單個芯片測試的實驗時不是很認(rèn)真，加上對匯編語言不能熟練使用導(dǎo)致實驗完成起來比較吃力，但得到老師和同學(xué)點(diǎn)撥后編程還是比較順利的。由于線路較多，實驗在連線上耗費(fèi)了過多的時間，連接線路時沒有考慮到走線的合理性和美觀性，線路接地毫無條理，導(dǎo)致實驗出現(xiàn)問題時檢查線路非常困難。從每根線路檢查起，到更換芯片、電位器等原件實驗都毫無起色，最后發(fā)現(xiàn)檢查線路花的時間比連接線路花費(fèi)的時間都長，于是拆掉所有導(dǎo)線重新連接。經(jīng)過兩三次的拆掉所有線路從零開始和無數(shù)次的全盤檢測，歷時9天左右，得到的實驗結(jié)果終于和理論一致。這次課程設(shè)計讓我明白了平時學(xué)習(xí)認(rèn)真和態(tài)度端正的重要性，也讓我?guī)状问浜蛶捉^望，但實驗最終還是成功了，成功的喜悅讓我覺得之前付出的一切都是值得的！正如白老師所說的那樣，這次課程設(shè)計是硬件軟件結(jié)合、計科獨(dú)一無二的一次課設(shè)，是個不錯的經(jīng)歷！目錄設(shè)計任務(wù)書21.1設(shè)計目的21.2設(shè)計要求21.3設(shè)計內(nèi)容2設(shè)計方案22.1整流逆變電路方案32.2驅(qū)動電路設(shè)計方案102.3總設(shè)計方案12仿真電路設(shè)計123.1整流仿真電路設(shè)計123.2逆變仿真電路設(shè)計163.3變頻電路的仿真設(shè)計19仿真結(jié)果194.1整流電路仿真結(jié)果194.2逆變電路仿真結(jié)果194.3變頻電路仿真結(jié)果21附錄235.1三角波發(fā)生器235.2變頻電路仿真圖255.2TABLE25總結(jié)26參考文獻(xiàn)28第一章設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計目的電力電子課程設(shè)計是電氣自動化專業(yè)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中一項綜合性實踐環(huán)節(jié)，是走向工作崗位、從事專業(yè)技術(shù)之前的一項綜合性技能訓(xùn)練，通過電力電子計術(shù)的課程設(shè)計達(dá)到以下幾個目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet檢索需要的文獻(xiàn)資料。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識的能力和工程設(shè)計的能力。4、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用仿真工具的能力和方法。5、提高學(xué)生課程設(shè)計報告撰寫水平。1.2設(shè)計要求1.自立題目題目：無源三相逆變技術(shù)的工程應(yīng)用2.注意事項：通過圖書館和Internet廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計方案。首先要明確自己課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容。3.主要技術(shù)數(shù)據(jù)：輸入交流電源：三相380V，f=50Hz交直變換采用二極管整流橋電容濾波電路，無源逆變橋采用三相橋式電壓型逆變主電路，控制方法為SPWM控制原理輸出交流：電流為正弦交流波形，輸出頻率可調(diào)，輸出負(fù)載為三相星形RL電路，R=10Ω，L=15mH1.3設(shè)計內(nèi)容整流電路的設(shè)計和參數(shù)選擇濾波電容參數(shù)選擇三相逆變主電路的設(shè)計和參數(shù)選擇IGBT電流、電壓額定的選擇三相SPWM驅(qū)動電路的設(shè)計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖電路仿真分析和仿真結(jié)果設(shè)計方案2.1整流逆變電路方案2.1.1整流電路方案的確定三相橋式整流電路目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式整流電路，其原理圖如圖2-1-1所示。圖2-1-1三相全橋整流電路假設(shè)將電路中的晶閘管換做二極管，這種情況也就相當(dāng)于晶閘管觸發(fā)角時的情況。此時，對于共陰極組的三個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導(dǎo)通。而對于共陽極組的三個晶閘管，則是陰極所接交流電壓值最小的一個導(dǎo)通。這樣，任意時刻共陽極組中各有一個晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。根據(jù)以上分析，可以得到電路的工作波形如圖2-1-2所示。時，個晶閘管均在自然換相點(diǎn)換相。由圖中可以看出，各自然換相點(diǎn)及時相電壓的交點(diǎn)，同時也是線電壓的交點(diǎn)。在分析賭博形式，即可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時，以變壓器二次側(cè)的重點(diǎn)n為參考點(diǎn)，整流輸出電壓為相電壓在正半周的包絡(luò)線；圖2-1-2三相橋式整流電路時的波形共陽極組導(dǎo)通時，整流輸出電壓為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的正路輸出電壓，是兩條包絡(luò)線之間的差值，將其對應(yīng)到電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最大的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最小的相電壓，輸出整流電壓為這兩個相電壓相減，是線電壓中最大的一個，因此輸出整流電壓波形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線。為了說明個晶閘管的工作情況，將波形中的一個周期分為六段，每段為，如圖1-3所示，每一段中導(dǎo)通的晶閘管及輸出整流電壓的情況如表1-1所示。由該表可見，晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。時段時段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub

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=ucb表2-1-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載時晶閘管工作情況從觸發(fā)角時的情況可以總結(jié)出三相橋式整流電路的一些特點(diǎn)如下：每個時刻均需兩管同時導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，其中一個是共陽極組一個是共陰極組，且不能為同一相的。整流輸出電壓一周期脈動六次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為六脈波整流電路。當(dāng)觸發(fā)角改變時，電路的工作情況將發(fā)生變化。觸發(fā)角增大，將導(dǎo)致輸出電壓的平均值降低，波形也將發(fā)生變化。將上圖中的晶閘管都替換為二極管即為三相橋式不可控整流電路，其整流輸出電壓波形與觸發(fā)角為零時的全控整流電路的波形相同，它輸出的整流電壓平均值不變?？紤]到全控整流電路對觸發(fā)脈沖的要求以及逆變電路對控制電路的要求，整流電路不可控整流電路，這樣降低對器件的要求，用二極管替換晶閘管也比較經(jīng)濟(jì)，也達(dá)到了整流的目的。電容濾波的三相不可控電路在交—直—交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，大都采用整流電路經(jīng)電容濾波后提供的直流電源，供后級的逆變器、斬波器等使用。前面介紹的三相整流橋中只要將其中的晶閘管換為整流二極管，就是不可控整流電路。在電容濾波的三相不可控整流電路中，最常用的是三相橋式結(jié)構(gòu)，圖2-1-3給出了其電路圖及理想的波形。1.基本原理該電路中，當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通是時，由電容向負(fù)載放電，按指數(shù)規(guī)律下降。a)a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt 圖2-1-3電容濾波的三相不可控整流電路及其波形a）電路b）波形設(shè)二極管在距線電壓過零點(diǎn)角處開始導(dǎo)通，并以二極管VD6和VD1開始同時導(dǎo)通的時刻為時間零點(diǎn)，則線電壓為（2-1）而相電壓為(2-2)a)由“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在的時刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有a)(2-3)可得(2-4)b)wtwtwtwtib)wtwtwtwtidiaidOOOOiaa)a)b)wtwtwtwtidiaidOOOOia圖2-1-4電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)?shù)扔诤托∮跁r的電流波形b）主要數(shù)量關(guān)系輸出電壓平均值在之間變化電流平均值輸出電流平均值為(2-5)與單相電路情況一樣，電容電流平均值為零，因此二極管電流平均值為的，即(2-6)二極管承受的電壓二極管承受的最大反向電壓的峰值為。2.1.2逆變電路設(shè)計方案的確定在三相逆變電路中，應(yīng)用最廣的還是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為開關(guān)器件的三相電壓型逆變電路如圖2-1-5所示，可以看成是由三個半橋逆變電路組成。圖2-1-5三相橋式電壓型逆變電路從電路結(jié)構(gòu)上看，如果把三相負(fù)載看成三相整流變壓器的三個繞組，那么三相橋式逆變電路猶如三相橋式可控整流電路與三相二極管整流電路的反并聯(lián)，其中可控電路用來實現(xiàn)直流到交流的逆變，不可控電路為感性負(fù)載電流提供續(xù)流回路，完成無功能量的續(xù)流和反饋，因此D1～D6稱為續(xù)流二極管或反饋二極管。在三相橋式逆變電路中，各管的導(dǎo)通次序同整流電路一樣，也是T1、T2、T3……T6、T1……各管的觸發(fā)信號依次互差60。根據(jù)各管的導(dǎo)通時間可以分為180導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型兩種工作方式，在180導(dǎo)通型的逆變電路中，任意瞬間都有三只管子導(dǎo)通，各管導(dǎo)通時間為180，同一橋臂中上下兩只管子輪流導(dǎo)通，稱為互補(bǔ)管。在120導(dǎo)通型逆變電路中，各管導(dǎo)通120，任意瞬間只有不同相的兩只管子導(dǎo)通，同一橋臂中的兩只管子不是瞬時互補(bǔ)導(dǎo)通，而是有60的間隙時間，當(dāng)某相中沒有逆變管導(dǎo)通時，其感性電流經(jīng)該相中的二極管流通。在180導(dǎo)通型的三相逆變器中，每隔60的各階段其等效電路及相應(yīng)相電壓、線電壓數(shù)值如圖2-16所示。根據(jù)圖2-1-6中各階段的相電壓數(shù)值，可以得出任何一相的相電壓波形為六階梯波，各相互差120，如圖2-1-7（a）所示。而線電壓可由相電壓相減得出，其波形如圖2-1-7（b）所示，為脈寬120的矩形波。圖2-1-6相電壓波形（b）線電壓波形圖2-1-7初相角為零的六階梯波，其基波可用付氏級數(shù)求得，如A相相電壓可表示為：（2-7）其余兩相各差120。相電壓中無余弦項、偶數(shù)項和三的倍數(shù)次諧波，電壓中最低為五次諧波，含量為基波的20％。對于基波無初相角的矩形波線電壓，其一般表達(dá)式為：（2-8）根據(jù)圖7－8可以算出六階梯波的相電壓和方波線電壓的有效值分別為：（2-9）（2-10）實際的電壓波形與上面分析的結(jié)果略有誤差，這是由于在分析中忽略了換流過程，也未扣除逆變電路中的電壓降落的緣故。在上述導(dǎo)電方式中，為了防止同一相上下橋臂的開關(guān)器件同時導(dǎo)通而引起直流側(cè)電源的短路，要采取“先斷后通”的方法。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號，待其關(guān)斷后留有一定的時間裕量，然后再給應(yīng)導(dǎo)通的器件發(fā)出開通信號，即在兩者之間留一個短暫的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間可以越短。2.2驅(qū)動電路的設(shè)計方案驅(qū)動電路采用PWM控制技術(shù)。PWM控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過對一系列脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值）。1．PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。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。圖2-2-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖PWM波形可等效的各種波形，例如：直流斬波電路可以等效直流波形；PWM波可以等效正弦波形；還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波的方法：=1\*GB2⑴正弦半波N等分，可看成N個彼此相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；=2\*GB2⑵用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等。這樣就可得到PWM波形。由上方法可知各脈沖的幅值相等，而寬度按正弦規(guī)律變化。對于正弦波的負(fù)半周，也可用同樣的方法得到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波形。要改變等效輸出正弦波幅值時，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。2．控制方法調(diào)制信號ur為正弦波,載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負(fù)半周為負(fù)極性的三角波。在ur和uc的交點(diǎn)時刻控制IGBT的通斷。在ur的半個周期內(nèi)三角波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波形也只在單個極性范圍變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。圖2-2-2PWM控制方式波形和單極性PWM控制方式相對應(yīng)的是雙極性控制方式。采用雙極性方式時，在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得的PWM形也是有正有負(fù)。在ur的一個周期內(nèi)，輸出的PWM波只有±Ud兩種電平，而不像單極性控制時還有零電平。仍然在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點(diǎn)時刻控制各開關(guān)的通斷。在ur的正負(fù)半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同。2.3總設(shè)計方案根據(jù)整流電路和逆變電路原理，用整流輸出的電壓為逆變供電，同時逆變采用PWM雙極型控制，就可以得到交-直-交三相變頻電路。電路原理圖總的設(shè)計電路原理圖如下：圖2-3-1變頻器總設(shè)計電路圖根據(jù)以上電路原理圖，采用仿真軟件得到電路圖和輸出波形圖第三章仿真電路設(shè)計3.1整流仿真電路設(shè)計1.整流仿真電路圖整流電路采用三相橋式電容濾波整流電路，電路圖如圖3-1-1所示，圖中是星形接法的三相正弦交流電源，相電壓為220V，線電壓為380V，整流二級管VD1-VD6組成三相橋式整流電路，R1為負(fù)載電容，C1為濾波電容。對電路進(jìn)行瞬態(tài)分析，可得三相電源電壓波形如圖3-1-2，輸出波形如圖3-1-3。.三相電源的相位依次相差。輸出電壓，理論計算值為：（3-1）考慮到二極管的管壓降，該理論值與仿真結(jié)果相符。圖3-1-1整流仿真電路圖圖3-1-2三相電源電壓波形

圖3-1-3三相電容濾波整流電阻負(fù)載輸出波形器件的選擇額定電壓的計算二極管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值，即（3-2)考慮一定的裕量，則二極管應(yīng)該選擇額定電壓為1037V的。額定電流的計算流過二極管中的電流平均值，則二極管電流的有效值為，因此，二極管的額定電流應(yīng)該為，，那么由此可得，由此可算得，，所以二極管選擇額定電流為0.46A的。電容的計算電容的作用是減少電壓波形的脈動，電容的大小直接影響輸出波形的平滑性，負(fù)載電阻對波形也有影響，應(yīng)使負(fù)載足夠大。因為整流電路后帶的是逆變負(fù)載，因此對于輸出電壓的要求比較高，要求輸出電壓盡量接近直流電壓即為一條直線。所以電容的容量應(yīng)該越大越好，但考慮到經(jīng)濟(jì)性及實際情況，電容選擇1100uF，電阻用1000。.3.2逆變電路的仿真設(shè)計1.逆變電路仿真電路圖三相逆變電路采用PWM控制技術(shù)，其電路圖如圖3-2-1所示，圖中壓控開關(guān)S1-S6作為主電路的開關(guān)元件，HB1-HB3為三個PWM控制電路，以三個子電路的形式出現(xiàn)，子電路的電路圖見圖3-2-2。.主電路中，S1、S2是一對開關(guān)，由控制電路HB1控制，當(dāng)S1開通時，S2關(guān)斷；當(dāng)S1關(guān)斷時，S2開通。同樣，S3、S4是一對開關(guān)，由子電路HB2控制，S5、S6由HB3控制。壓控開關(guān)S1-S6都工作于PWM方式，即開通時間按正弦規(guī)律變化，從而使其輸出的脈沖寬度按正弦方式變化，經(jīng)濾波后可以形成比較理想的三相正弦交流電。圖3-2-1PWM控制三相逆變電路PWM控制子電路的電路圖圖3-2-2控制子電路PWM控制子電路的電路圖如圖3-2-2，在PWM控制子電路HB1中，V1為輸入?yún)⒖茧妷海穷l率為1kHz、幅度為的三角波，如圖3-2-4所示。V2為輸入控制電壓，是，50Hz的正弦電壓源，其波形如圖3-2-3所示。圖3-2-2中的TABLE是具有某種特性的電路模型（analogbehavioralmodel),在PSPICE元件庫ABM.slb中。在其輸入輸出特性參數(shù)中設(shè)定（0，0)、（0.005,1）、（1,1）、（-0.005，-1）、（-1，-1），括號中數(shù)字表示輸入、輸出電壓間的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)過這樣的設(shè)定后，在TABLE的輸入端輸入v1、v2疊加后的信號（疊加后的信號如圖3-3-5），即可在輸出端得到一系列脈沖，脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，實現(xiàn)了正弦脈寬調(diào)制（SPWM）。這些SPWM脈沖經(jīng)壓控電壓源E1、E2后成為相位相反的兩列SPWM脈沖，分別去控制S1、S2，壓控電壓源E1、E2的增益分別為+1、-1.子電路通過輸出端子p1、p2與主電路連接。圖3-2-3輸入控制電壓正弦電壓源子電路HB2、HB3的電路與HB1的相同，但控制電壓v1的相位分別比HB1子電路中的v1之后，如此方能保證主電路中的開關(guān)S1-S5按一定的順序及相位動作，在負(fù)載RLa-RLc上形成三相交流電壓。圖3-2-4輸入?yún)⒖茧妷喝遣▓D3-2-5三角波和正弦信號疊加3.3整流逆變電路的仿真設(shè)計整流逆變電路的仿真電路圖將整流電路逆變電路和驅(qū)動電路整合在一起，由整流電路的輸出電壓為逆變電路供電，用PWM控制技術(shù)控制逆變電路，就得到了交-直-交變頻電路，其電路圖如圖5-2-1所示。第四章仿真結(jié)果4.1整流電路仿真結(jié)果整流電路的仿真圖如圖4-1-1：圖4-1-1整流電路的仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析：三相橋式電容濾波整流電路的輸出電壓波形應(yīng)該是三相電源線電壓的包絡(luò)線，電容的作用是減少電壓脈動，是電壓波形更加平滑，所以最后仿真的輸出電壓波形就接近于一條直線。對于濾波電容，理論值為118.8uF，但是在實際仿真中，為了使輸出電壓符合要求，選用了容量為1100uF的電容，最后使得輸出波形如上圖接近于一條直線。4.2逆變電路的仿真結(jié)果驅(qū)動電路的輸出波形如圖4-2-1圖4-2-1PWM調(diào)制的正弦波形仿真結(jié)果分析：根據(jù)上文中對PWM調(diào)制原理的分析可知，PWM波形是由三角波和正弦波調(diào)制后形成的，由圖上可以看出，最后的結(jié)果是一系列的脈沖，該脈沖的寬度按照正弦規(guī)律變化，這樣得到的波形為較理想的正弦波。逆變電路仿真結(jié)果逆變電路負(fù)載相電壓的波形如圖4-2-2所示圖4-2-2負(fù)載相電壓波形仿真結(jié)果分析:上圖為在負(fù)載R1和L1上的相電壓，在其他兩相負(fù)載上的電壓依次相差，各相電腦呀都是由正弦調(diào)制的PWM脈沖組成的，它們經(jīng)簡單的濾波后應(yīng)為正弦波，為證明這一點(diǎn)，可在各相負(fù)載電阻上并聯(lián)3mF的電容，再做瞬態(tài)分析就得到比較平滑的正弦交流電壓波形。脈沖寬度地方對應(yīng)較大的電壓幅值，脈沖變窄是，對應(yīng)的電壓幅值亦變小。圖4-2-3負(fù)載線電壓波形4.3整流逆變電路的仿真結(jié)果整流逆變電路與逆變電路的不同是，逆變電路由直圖4-2-4負(fù)載三相線電流流電源供電，而整流逆變電路有整流輸出的電壓供電，其波形相類似，如圖4-3-1負(fù)載相電壓b)負(fù)載線電流c)負(fù)載三相線電流圖4-3-1整流逆變的仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析：整流逆變和逆變電路的仿真結(jié)果相似，由上圖可知，仿真結(jié)果符合了課程設(shè)計的要求達(dá)到了將220V、50Hz的交流電變?yōu)?5Hz的交流電，實現(xiàn)了交-直-交變換，而整流逆變電路也即是交-直-交變頻器。附錄5.1三角波發(fā)生器此次逆變電路采用SPWM技術(shù)控制，SPWM中的脈沖是由三角波和正弦波調(diào)制而成，以下是三角波產(chǎn)生的原理。三角波產(chǎn)生的電路圖如圖5-1-1所示。圖5-1-1三角波發(fā)生器電路原理圖其工作原理如下：U01左邊為同相滯回比較器，右邊為積分運(yùn)算放大電路。對于有多個集成運(yùn)放組成的應(yīng)用電路，一般應(yīng)首先分析每個集成運(yùn)放所組成電路輸出與輸入的函數(shù)關(guān)系，然后分析各電路間的相互聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上得出電路的功能。圖中滯回比較器的輸出電壓U01=，它的輸入電壓時積分電路的輸出電壓，根據(jù)疊加原理，集成運(yùn)放A1同相輸出端的電位（5-1）令，則閾值電壓=（5-2）積分電路的輸入電壓是滯回比較器的輸出電壓，所以輸出電壓的表達(dá)式為（5-3）式中為處態(tài)時的輸出電壓。設(shè)初態(tài)時正好由躍變?yōu)?，則上式應(yīng)寫成（5-4）積分電路反向積分，隨時間的增長線性下降，根據(jù)滯回比較器的電壓傳輸特性，一旦，再稍減小，式（5-3）將變成為（5-5）積分電路正向