毕业设计单相恒压恒频逆变器的设计学生姓名： * 学 号： * 系 别：电气工程系 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： * 评阅教师： 论文答辩日期 答辩委员会主席 II摘 要随着现代科学技术的迅速发展，逆变电源的应用越来越广泛，各行各业对其性能的要求也越来越高。单相正弦逆变电源是将直流电逆变成单相交流电的装置，它可将蓄电池逆变成交流电，为用电器提供交流电，也可作为计算机的UPS电源等。本文首先介绍了逆变电源技术的应用与发展，分类与性能，及其控制技术。并在此基础上进行了方案论证，选取了合理的方案，以实现将12V直流电源升压为320V/50kHz的高频交流电，再经过整流滤波将高频交流电整流为高压直流电，然后采用正弦波脉宽调制法，通过脉冲控制IGBT的导通时间及顺序生成PWM波形，最后经过LC工频滤波电路，输出稳定的220V/50Hz标准正弦波电压，以达到供负载使用的目的。本文基于已选定方案为前提进行了各部分电路的设计与分析，完成了主电路及相应的输入输出保护电路的设计，并进行了参数计算，分别简要介绍了各部分的原理，阐述了产生SPWM波的实现办法，以及基于DSP的系统软件设计和实现方案。同时利用MATLAB 建立了单相逆变器的仿真模型，对其进行了仿真和实验，从各种情况下的试验结果可以看出，通过该逆变电路而得到的单相正弦波稳定性高且失真度小，设计成功。关键词：逆变电源，整流，滤波，正弦脉宽调制AbstractWith the rapid development of modern science and technology, the application of inverter power supply is more and more extensive, and the requirement of all walks of life on it is higher and higher. Single-phase sine inverter power supply is the device which can reverse DC into single-phase AC power. It can reverse the battery into AC which can be used by appliances, and it can also be used as the computer UPS power supply etc.This paper first introduces the application and development of the inverter power supply technology, its classification and performance, and its control technology. On this basis, the demonstration program has been done. It selects the reasonable solution to achieve the 12V DC power supply boosting for 320V/50kHz high frequency alternating current, which the rectifier filter will rectify it for high voltage DC. Then use the SPWM method to control the conduction time and sequence of the IGBT by outputting PWM waves generated, finally, after LC industrial frequency filtering, the output of the stable 220V/50Hz quasi-sine wave of voltage will achieve the purpose of load use.Based on the selected program, this paper has done the design and analysis of each circuit and has completed the design of the main circuit and the corresponding input and output protection circuits and parameter calculation. The principle of each part has been briefly introduced, the realization method of producing SPWM wave and the system based on DSP software design have been elaborated.At the same time use MATLAB established a single phase inverter simulation model for the simulation and experiment, from all kinds of cases of the test results can be seen through the inverter circuits and get single-phase sine wave high stability and distortion degree of small, the design is successful.Keywords：Inverter power source, rectification, filter, SPWM 目 录摘 要IAbstractII1 绪言1.1 课题背景11.2 逆变器的性能分析11.3 逆变器数字控制技术21.4 逆变器的分类31.5 本文主要研究内容32 方案论证2.1 逆变方案42.2 逆变控制方案52.3 本章小结63 SPWM输出3.1 SPWM波的基本原理73.2 基于DSP实现SPWM83.2.1 SG系列单片机生成SPWM波原理83.2.2 SPWM波生成方法103.3 本章小结104 电路设计及参数计算4.1 直流变换电路的设计114.2 全桥逆变电路设计124.2.1 IGBT 模块的选择124.2.2 逆变电桥电路设计124.2.3 原件参数计算134.3 逆变电桥的吸收缓冲电路设计144.3.1 缓冲电路的作用144.3.2 电路设计及其原理154.3.3 参数计算与元件选择164.4 LC滤波电路电路设计174.4.1 滤波电路及原理174.4.2 参数计算184.5 控制电路设计194.6 辅助电源设计214.7 死区时间的设置214.8 本章小结225 保护电路的设计5.1 防反接保护电路235.2 输入过压保护电路的设计245.3 输入欠压保护电路的设计245.4 输出过流保护电路的设计255.5 输出过压保护电路的设计265.6 IGBT 的短路保护275.7 本章小结286 MATLAB仿真6.1 仿真模型建立296.1.1 满阻性负载仿真296.1.2 空载仿真306.1.3 感性负载仿真306.1.4 感性负载仿真316.2 本章小结337 总结与展望34致 谢35参考文献36附 录381 绪言 1.1 课题背景在早期的逆变器，只要其输出不断电、稳压、稳频即可，同时由于硬件水平的限制，大都采用模拟器件控制。传统模拟控制存在许多缺陷，如成本高、可靠性较低、效率低、控制系统一致性差等问题。随着社会的进步，科学技术的发展，各行各业对控制技术的操作性能要求越来越高，许多行业的用电设备不再是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能，而是通过各种形式的变换，得到各自所需的电能。逆变就是对电能进行变换和控制的一种重要形式，它完成将直流电变换成交流电的功能。现代逆变技术已被广泛的用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。具体来说，逆变技术的应用主要在于两大类：一种是主要用于UPS电源、航空机载电源和机车辅助电源等的恒压恒频逆变器，这是一种当负载或直流电源在一定范围内波动时，能保持输出为恒定电压和恒定 频率的交流正弦波的电源装置。另一种是主要用于交流调速系统中的变压变频逆变器，这是一种可获得所需要的电压、电流和频率的交流变压变频装置。逆变电源越来越多的应用及其现代工业中的重要位置，使得逆变技术得到了国内外广泛的关注。20世纪90年代，随着电机控制专用DSP的出现，逆变电源的全数字控制成为现实。出现了更先进、更复杂、更智能的数字化控制逆变器。可在线修改控制算法，不主要依赖硬件电路，能够输出电压与频率更加稳定的正弦波交流电，至此，正弦波逆变器技术已日趋完善。1.2 逆变器的性能分析逆变器的性能指标很多，包括稳态精度，动态性能，其中最重要的是输出信号的波形质量。实际逆变器的输出电压波形中除基波外还含有谐波，为了评价逆变器输出 电压波形的质量，有以下几个性能指标：谐波系数HF，总谐波系数 THD，畸变系数DF，最低次谐波LOH1。其中总谐波系数最为常用，表征了实际波形同其基波分量差异的程度。输出为理想正弦波时，THD为零。同时，实现输出信号无误差地跟踪输入给定信号，提高稳态精度，当负载切换或变化，存在扰动时，实现输出信号快速达到稳态，也是相当重要的指标。单相SPWM逆变器，会引起波形畸变，影响逆变器性能的主要因素有：(1)SPWM驱动波形的死区影响：在逆变器的工作过程中，为了防止某些时刻逆变器桥臂上、下开关管直通引起电路中电流过大烧坏元器件，一般都要在两管的开关信号中插入一段死区时间，死区的存在相当于在输出电压上叠加了一系列电压脉冲，此电压脉冲里不仅含有基波分量，而且还含有大量的谐波分量，因此死区的存在不仅会影响输出基波电压的幅值和相位，又会使输出电压波形发生畸变。(2)非线性负载影响：由于非线性负载含有非线性元件，即使负载上的电压为纯正弦，输出电流仍然含有大量谐波。考虑到逆变器的等效输出阻抗不可能为零，谐波电流在等效输出阻抗上会产生谐波压降，从而导致逆变器输出电压的波形发生畸变。(3)此外，输出滤波器能否有效地滤除高次谐波，其参数设计的好坏也决定着输出波形的好坏。逆变器的性能指标除输出波形质量外，还包括：逆变效率，单位重量（或单位体积）输出功率，可靠性指标，逆变器输入直流电流中交流分量的数值和脉动频率，以及电磁干扰及电磁兼容性。1.3 逆变器数字控制技术从前面控制技术的发展可知，现代的处理芯片运算速度及性能不断提高，使一些先进的数字控制技术应用于逆变电源的控制成为可能。逆变器的数字控制技术发展到今天，出现了多种逆变器离散化控制方法