戶用逆變電源系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1、戶用逆變電源系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)我國西北地區(qū)國土面積遼闊，太陽能和風(fēng)能資源十分豐盛，其中太陽能年均輻射強(qiáng)度為60008400mj/m2，年均太陽能光照時(shí)光為30003200h；風(fēng)力平均為56級(jí)。西北邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，且住戶十分簇?fù)恚魹檫@些用戶提供市電，則成本太高，因而，如何合理利用現(xiàn)有的資源太陽能和風(fēng)能就成為解決這些問題的有效途徑。2 風(fēng)、光互補(bǔ)型戶用電源系統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖1所示。本系統(tǒng)既可以利用太陽能和風(fēng)能對(duì)蓄電池充電，將自然能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能貯存在蓄電池中，然后再將化學(xué)能逆變成220v溝通電供應(yīng)用戶用法；又可以挺直將太陽能和風(fēng)能逆變?yōu)?20v溝通電供應(yīng)用戶用法。3 系統(tǒng)的硬件本系統(tǒng)的硬件電路主

2、要包括主電路、隔離與驅(qū)動(dòng)電路和控制電路等。31 主電路主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2所示。由圖2可知主電路主要包括蓄電池的過充庇護(hù)電路和逆變電路。圖中ufp表示經(jīng)過整流后的風(fēng)機(jī)輸出，usp表示太陽電池輸出電壓，k為電磁，gb為額定電壓24v的蓄電池組。311 過充庇護(hù)電路的工作原理當(dāng)蓄電池的電壓過高時(shí)，a點(diǎn)電壓就會(huì)大于tl431的基準(zhǔn)電壓值uref（=2.5v）從而使tl431導(dǎo)通，b點(diǎn)被鉗為低電平，v1截止，c點(diǎn)為高電平，v3導(dǎo)通，v2截止，d點(diǎn)為高電平，此時(shí)vt14和vt15均導(dǎo)通，繼電器k動(dòng)作。按照太陽能電池和風(fēng)機(jī)的特性，太陽能電池的輸出電壓被挺直短路，風(fēng)機(jī)的輸出電壓通過大功率卸載r9卸放掉；相反，

3、當(dāng)蓄電池的電壓過低時(shí)，vt14和vt15均截止，太陽能電池和風(fēng)機(jī)的輸出電壓就對(duì)蓄電池充電。312 逆變電路采納單相全橋逆變電路，用功率作為逆變電路的開關(guān)器件。功率mosfet是一種多子導(dǎo)電的單極性電壓控制型器件，具有開關(guān)動(dòng)作快、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、無二次擊穿、驅(qū)動(dòng)電路容易、平安工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)，特殊是因?yàn)榫哂姓郎囟认禂?shù)，可以自動(dòng)均衡，所以在輸入電壓低、工作電流大的逆變電源系統(tǒng)中可以將幾只功率mosfet并聯(lián)以提高電流容量。在本系統(tǒng)中，將三只功率mosfet并聯(lián)，使電流容量增大到三倍。將整流后的直流電壓轉(zhuǎn)換成特定頻率的s波，再經(jīng)過和濾波將其轉(zhuǎn)換為220v的標(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，其中電感用次級(jí)的漏感代

4、替，采納這種方式使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)容易，噪音低，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。spwm控制方式預(yù)先將0360°的正弦值制成表格存于eprom中。因?yàn)殚_關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是利用正弦波參考信號(hào)與一個(gè)三角載波信號(hào)相互比較而生成的，常分為單極性和雙極性兩種狀況。在開關(guān)頻率相同的狀況下，因?yàn)殡p極性spwm控制產(chǎn)生的正弦波，其諧波含量和開關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采納的是單極性spwm控制。32 系統(tǒng)的隔離和驅(qū)動(dòng)模塊隔離和驅(qū)動(dòng)電路是將intel80c196mc芯片輸出的spwm信號(hào)加以隔離、放大，形成驅(qū)動(dòng)各功率器件開關(guān)動(dòng)作信號(hào)的電路。本系統(tǒng)采納東芝公司生產(chǎn)的專用于驅(qū)動(dòng)功率mosfet和的柵極隔離驅(qū)動(dòng)芯

5、片tlp250，其結(jié)構(gòu)框圖3所示。它是一光電耦合器件，但又不同于一般的光耦，因?yàn)槠漭敵黾?jí)是經(jīng)推挽電路放大輸出的，所以它不但能使原副邊隔離，而且具有驅(qū)動(dòng)能力，特殊適合于驅(qū)動(dòng)中等功率的mosfet和igbt。同時(shí)，在工程應(yīng)用中為了從硬件上牢靠防止同一橋臂上的兩個(gè)功率器件上下直通，故將驅(qū)動(dòng)同一橋臂功率器件的兩個(gè)tlp250的腳2和腳3相互對(duì)接，形成互鎖電路，從而有效地防止了橋臂功率器件的直通故障。詳細(xì)電路見圖4。33 控制電路及控制芯片控制電路主要通過對(duì)直流電流、直流電壓、溝通電流、溝通電壓等信號(hào)的檢測，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的過壓、欠壓、過流、過放電、過熱和反時(shí)限等庇護(hù)功能?？刂菩酒杉{intel80c196m

6、c微處理器。intel80c196mc是intel公司于1992年推出的真正的16位，因?yàn)榇似瑑?nèi)集成了一個(gè)頗具特色的波形發(fā)生器（wg）單元，從而大大簡化了用于產(chǎn)生spwm波形的軟件和外部硬件電路。波形發(fā)生器有3個(gè)自立的模塊，每個(gè)模塊均包含一個(gè)數(shù)值、比較寄存器、比較緩沖器、無信號(hào)時(shí)光發(fā)生器和一對(duì)可編程輸出驅(qū)動(dòng)通道。三相波形有共同的載波頻率和共同的死區(qū)時(shí)光，可編程為三角波調(diào)制方式或鋸齒波調(diào)制方式，一旦啟動(dòng)后只要求在轉(zhuǎn)變pwm占空比時(shí)加以干預(yù)，其余時(shí)光均不占用cpu。波形發(fā)生器由時(shí)基發(fā)生器、相驅(qū)動(dòng)通道和控制庇護(hù)電路組成。時(shí)基發(fā)生器為pwm波形建立載波周期。80c196mc通過從重裝載寄存器（wg-r

7、eload）中讀入數(shù)據(jù)來確定載波周期的長短，因此用戶可以通過在程序中轉(zhuǎn)變重裝載寄存器的值來轉(zhuǎn)變載波周期值。相驅(qū)動(dòng)通道確定pwm波形的占空比。每相驅(qū)動(dòng)通道都有各自的相比較緩沖寄存器（wg-compx），普通狀況下，pwm波形的占空比由工作方式、重裝載寄存器和相比較緩沖寄存器這三個(gè)方面來打算?？刂齐娐钒刂萍拇嫫鳎╳g-control）和輸出寄存器（wg-out）。同時(shí)，cpu內(nèi)部還有一個(gè)庇護(hù)電路用于監(jiān)測extint輸入端，以便對(duì)異樣狀況舉行處理。另外，無信號(hào)時(shí)光發(fā)生器電路是波形發(fā)生器的一個(gè)十分重要的功能，可以用來防止一對(duì)互補(bǔ)的pwm信號(hào)同時(shí)有效，從而避開了同一橋臂的上下兩只功率管直通；同時(shí)，用

8、戶可以通過軟件向wg-con寄存器的低10位裝入一個(gè)數(shù)來隨意設(shè)置無信號(hào)時(shí)光。4 系統(tǒng)控制原理系統(tǒng)控制方式采納電流反饋、電壓前饋和電壓反饋相結(jié)合的復(fù)合控制方式，電流反饋、電壓反饋采納數(shù)字pi調(diào)整器，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出無靜差；pi控制是將采樣時(shí)刻偏差的比例（p）、積分（i）通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象舉行控制，pi控制器的傳遞函數(shù)為：式中：kp比例系數(shù)；ti積分時(shí)光常數(shù)。電流反饋在wg中斷時(shí)完成，因?yàn)殡娏髡{(diào)整時(shí)光極短，所以大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度并有效抑制了系統(tǒng)的超調(diào)。其中電流調(diào)整時(shí)光t大約如下：t=(20/196)×5×8ms4ms由此可見，系統(tǒng)輸出電壓在不到1/4基波周期內(nèi)就可以復(fù)原正常。5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分主要包括主程序、wg中斷程序、pi調(diào)整子程序等。主程序的任務(wù)主要是初始化、故障推斷、運(yùn)行信號(hào)推斷及等待中斷等，主程序框圖5所示。6 結(jié)語按照上述控制思想設(shè)計(jì)的1kw樣機(jī)，經(jīng)過檢驗(yàn)，整機(jī)