基于单片机控制的三相逆变电源设计

基于单片机控制的三相逆变电源设计

目录

第一章绪论

1.1课题的背景3

1.2 电源技术的发展概况4 第二章基本原理6

2.1 IGBT 管的基本原理与特性6

2.1.1IGBT 的工作原理6

2.1.2 IGBT 的特性与参数特点8

2.1.3IGBT 的保护9

2.2 逆变技术及其原理11

2.2.1现代逆变技术的分类12

2.2.2 逆变电路的基本工作原理11

2.2.3电力器件的换流方式12

2.2.4三相电压型逆变电路14

2.3 SPWM空制技术及其原理17

2.3.1 SPWM控制的基本原理17

2.3.2单极性和双极性SPW控制方式

第三章系统硬件设计19

3.1系统总体介绍18

3.2系统主电路设计20

321输入EMI滤波器的设计20

3.2.2输入整流滤波电路的设计22

3.2.3逆变器和输出滤波电路的设计24

3.2.4RCD 缓冲电路的设计27

3.3采样电路及A/D转换电路31

3.4SPWM波产生芯片SA4828及其应用32

3.4.1SA4828 工作原理32

3.4.2S A4828 与单片机的连接35

3.4.3S A4828 的编程37

3.5IGBT 驱动电路EXB841 41

3.5.1IGBT 驱动电路的要求41

3.52 集成化IGBT专用驱动器EXB841 44

3.5.3使用EXB841应该注意的一些事项

47 3.6系统保护电路设计47

3.7辅助电源电路的设计48

第四章系统软件的设计50

4.1系统控制程序技术50

4.2软件抗干扰技术52

结论54

致谢55

参考文献56

第一章绪论

1.1 课题的背景

随着各国工业与科学技术的飞速发展, 在将来工业高度自动化的情况下, 计算机技术、电力电子技术及自动控制技术将成为三种最重要的技术。

所谓电力电子技术, 就是利用半导体功率开关器件、电子技术和控制技术

对电气设备的电功率进行变换和控制的一门技术。这项技术自20 世纪50 年代以来,经历了半个世纪的发展, 现在已经成为理论和科学体系比较完整, 而且又相对独立的一门科学技术。特别是80年代以来,由于电力电子技术突飞猛进的发展, 及其对工业发展所产生的作用, 它被各国专家学者称为人类社会继计算机之后的第二次电子革命,它在世界各国工业文明的发展过程中所起的关键作用, 可能仅次于计算机。预计在21世纪, 电力电子技术对工业自动化、交通运输、城市供电、节能、环境污染等方面的发展, 将会产生更大的推动作用。

正弦波逆变器技术是电力电子技术中的一个最重要的组成部分, 它的作用是把从电力网上得到的定压定频交流电能, 或从蓄电池、太阳能电池等得到的电能质量较差的原始电能, 变换成电能质量较高的、能满足负载对电压和频率要求的交流电能。这种交流电能不仅可用于交流电机的传动, 而且还可作为不间断电源、变频电源、有源滤波器、电网无功补偿器等逆变器中的电能。

近年来, 随着各行各业的技术水平和操作性能的提高, 它们对电源品质的要求也在不断提高。为了高质量和有效地使用电能, 许多行业的用电设备都不是直接使用交流电网提供的交流电作为电源, 而是通过各种形式对电网交流电进行变换, 从而得到各自所需的电能形式。其中, 把直流电变成交流电的过程叫做逆变完成逆变功能

的电路称为逆变电路。这种能量的变换对节能、减小环境污染、改善工作条件、节省原材料、降低成本和提高产量等方面均起着非常重要的作用

随着正弦波脉宽调制SPW逆变技术的日益成熟,逆变电源被广泛应用到微波通讯、野外活动、高速公路、海岛、军事、医疗、航空航天、风力发电等各个领域。在一些重要的用电部门如机场、医院、银行和一些重要的用电设备中如计算机、通信设备对逆变电源质量的要求也越来越高:不仅要求不停电,还要要求输出电压波形准确完好, 如不间断电源UPSUninterruptible Power Supply 广泛应用于计算机、程控交换机、数据处理系统、医疗诊断仪及精密电子仪器等不能中断供电的场合,而衡量逆变电源质量的首要指标就是输出波形质量的情况。对于逆变电源, 其负载可能具有不同的性质, 当某一负载投入运行时, 特别是非线性负载, 很可能引起逆变器的输出电压波形周期性畸变, 谐波增加;同时, 由于变压器本身存在非线性的问题,使得实际加载在负载上的波形也会发生畸变,因此, 上述情况会让负载端的电压波形发生更为严重的畸变,而这样的波形对各种电气设备都有不同程度的影响和危害,从而影响整个电路正常、安全可靠地工作,对供电系统的影响也会日益严重,这样,也就逐渐显示出了对逆变电源输出波形控制的重要性。

因此,为了使逆变电源具有高质量的输出波形,研究设计逆变电源的各种先进的波形控制技术已成为近年来国内外学者研究的热点。

1.2电源技术的发展概况

电力电子技术就是利用半导体功率开关器件、电力电子技术和控制技术, 对电气设备的电功率进行变换和控制的一门技术。上个世纪80年代以来, 由于半导体器件, 电子技术等的不断推陈出新, 电力电子技术有了突飞猛进的发展, 其对工业

发展所产生的巨大作用, 被各国的专家学者称为人类社会继计算机之后的第

二次的电子革命, 它在世界各国工业文明的发展中所起的关键作用可能仅次于计算机。

电源是电力电子技术的主要应用领域之一,随着新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新的控制技术的出现与应用, 逆变电源技术得到越来越广泛的应用。电源技术的发展,大体经历了几个阶段: 由磁放大式到硅二极管整流式, 再到可控硅（晶闸管）整流式,直到发展到逆变式开关式。采用逆变技术,可使所设计的电源具有许多方面的优越性:

1.可灵活地调节输出电压或电流的幅度和频率通过控制回路, 我们可以

控制逆变电路的工作频率和输出时间的比例, 从而使输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。

2.可将蓄电池中的直流电转换成交流电或其他形式的直流电, 这样就不

会因为交流电网停电或剧烈变化而影响工作。

3.可明显地减小用电设备的体积和重量, 节省材料在很多用电设备中, 变压器和电抗器在很大程度上决定了其体积和重量, 如果我们将变压器绕组中所加电压的频率大幅度提高,则变压器绕组匝数与有效面积之积就会明显减小, 变压器的体积和重量明显地减小了。

4.采用逆变技术的电源还具有高效节能的优越性, 表现在如下几个方面:

1在许多应用交流电动机的场合, 在其负载变化时, 传统的方法是调节电动机的通电时间所占比例, 这样电动机就会频繁地制动、起动。而电动机的起动、制动消耗的能量往往很大, 如使用变频电源来调节电动机做功的量, 则可节约很大一部分能量。