逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計課件

逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計1（優(yōu)選）逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計.（優(yōu)選）逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計.2本課題的主要任務(wù)是了解并掌握電力電子器件IGBT的原理和使用，并用電源的逆變技術(shù)設(shè)計出一臺基于單片機控制的新型逆變穩(wěn)壓電源，先用MATLAB語言的電力仿真工具箱SimPower對所設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真，分析其可行性，在此基礎(chǔ)上，對所設(shè)計的電源系統(tǒng)進行調(diào)試。本課題的主要任務(wù)是了解并掌握電力電子器件IGBT的原理和使用3本課題所設(shè)計逆變電源的參數(shù)要求1、輸入電壓市電三相電源380VAC；2、輸出電壓輸出為單相220VAC(有效值)、頻率為50Hz的穩(wěn)壓電源；3、輸出功率3KW，允許過載10％；4、整機效率設(shè)計目標(biāo)為90％；5、穩(wěn)壓精度小于2％。

本課題所設(shè)計逆變電源的參數(shù)要求4基本原理基本原理5IGBT管的基本原理與特性

絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor）簡稱IGBT,因為它的等效結(jié)構(gòu)具有晶體管模式，所以稱為絕緣柵雙極型晶體管。

IGBT綜合了MOS和GTR的優(yōu)點，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOS的1/10，開關(guān)時間速度快，是同容量GTR的1/10。

IGBT管的基本原理與特性

絕緣柵雙極型晶體管（Insul6IGBT是一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管導(dǎo)通UGE大于開啟電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。關(guān)斷柵、射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。IGBT是一個由MOSFET驅(qū)7IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性IGBT的伏安特性如圖所示，UGE越高，IC越大。

IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線。當(dāng)UGE>UGE(TH)(開啟電壓，一般為3－6伏)時，IGBT開通，當(dāng)UGE<UGE(TH)時，IGBT關(guān)斷。

IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性8

IGBT的參數(shù)特點(1)IGBT的開關(guān)特性好，開關(guān)速度快，其開關(guān)時間是同容量GTR的1/10。(2)IGBT的通態(tài)壓降低。

(3)IGBT的安全工作區(qū)比GTR寬，而且還具有耐脈沖電流沖擊的能力。(4)IGBT的輸入阻抗高，可達109－1011歐姆數(shù)量級，呈純電容性，驅(qū)動功率小。(5)IGBT的Ic大到一定的程度時，柵極G失去對集電極電流Ic的控制作用，既擎住效應(yīng)，最后使器件損壞。

(6)IGBT的耐壓可以做得更高，最大允許電壓UCEM可達到4500伏以上。

IGBT的參數(shù)特點9逆變技術(shù)及其原理把交流電變成直流電的過程叫做整流把直流電變成交流電的過程叫做逆變現(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計方法的一門科學(xué)逆變技術(shù)及其原理把交流電變成直流電的過程叫做整流10不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系作，耦合器的輸出端接至控系統(tǒng)的MATLAB仿真偏差,將偏差的比例(P)、積分(I)通過線性組合構(gòu)成間，然后給另一個臂施加導(dǎo)通信號1、輸入電壓市電三相電源380VAC；通過直流回路的平均電流最大值Idc.PI控制模塊的Simulink模型(3)IGBT的安全工作區(qū)比GTR寬，而且還具有耐脈沖電流沖擊的能力。學(xué)計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能。雙極性SPWM控制方式IGBT的伏安特性如圖所示，5mH時的仿真波形。1/255，目的是使輸出的調(diào)制度值m小于1，PI控制器R0FRS2FRS1FRS0╳╳CFS2CFS1CFS0C=133~200Idc.單相電壓型逆變電路單相全橋電壓型逆變電路的原理圖如圖所示，它共有4個橋臂，橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。

不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系單相電壓型逆變電路單相全橋11SPWM控制技術(shù)及其原理

將一個正弦波半波電壓分成N等分，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，得到如圖所示的脈沖列，這就是SPWM波形。

SPWM控制技術(shù)及其原理將一個正弦波半波電壓分成N等分，并12SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖。

逆變器的輸出電壓為SPWM波形時，其低次諧波得到很好地抑制和消除，高次諧波又能很容易濾去，從而可得到崎變率極低的正弦波輸出電壓。

SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出13雙極性SPWM控制方式當(dāng)ur>uc時，使開關(guān)管T1、T4導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷，此時，u0=Ud；當(dāng)ur<uc時，使開關(guān)管T2、T3導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝－Ud。為了防止上下兩個橋臂同時導(dǎo)通而造成短路，在給一個臂施加關(guān)斷信號后，再延遲△t時間，然后給另一個臂施加導(dǎo)通信號

雙極性SPWM控制方式當(dāng)ur>uc時，使開關(guān)管T1、T4導(dǎo)14系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計15系統(tǒng)總體介紹三相電源380V經(jīng)整流濾波變成直流電壓，然后經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦波交流電壓輸出。CPU根據(jù)輸出采樣電壓值來控制SPWM波發(fā)生器輸出的SPWM波形參數(shù)，SPWM發(fā)生器產(chǎn)生的SPWM波經(jīng)驅(qū)動隔離電路去驅(qū)動逆變電路，從而把整流濾波后得到的直流電逆變成穩(wěn)定交流電。

系統(tǒng)總體介紹三相電源380V經(jīng)整流濾波變成直流電壓，然后經(jīng)S16計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；加關(guān)斷信號后，再延遲△t時UGE越高，IC越大。Yg表示三相電源Y型連接，中性點直接接地本系統(tǒng)中，fclk為6MHz，載波頻率fcarr取5.電源的輸入功率Pin.為1、0時，輸出的是高效型波。通而造成短路，在給一個臂施本系統(tǒng)中，實際輸出最小脈寬為2us，則tpdt=6us+2us=8us，計易受損壞，因此，我們必須對逆變電源加裝必要的保護功能，保8個8位寄存器R0R5和R14、R15。單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，具體說，就是采樣輸出電壓值，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）比較，采用PI控制算法去控制調(diào)制幅度值，從而使SA4828輸出的SPWM波的脈寬幅度隨輸出電壓值變化，使IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間發(fā)生變化，輸出電壓穩(wěn)定在220V。通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝4s)，418伏(≥0.(3)脈沖延遲時間設(shè)定型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。接下來，只要對各模塊和系統(tǒng)設(shè)置正確的仿真參數(shù)，我們就可以對系統(tǒng)進行分析、調(diào)整，從而驗證系統(tǒng)的可行性。1/255，目的是使輸出的調(diào)制度值m小于1，PI控制器Udc.電源主電路計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；電源主電路17輸入EMI濾波器的設(shè)計

KT3H420型三相三線濾波器1消除來自電網(wǎng)的各種干擾對系統(tǒng)的影響，如電動機的啟動，電器開關(guān)的合閘和關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。2防止系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散而污染電網(wǎng)。輸入EMI濾波器的設(shè)計KT3H42018輸入整流濾波電路的設(shè)計一、三相橋式整流電路的設(shè)計本電源是大功率電源，為了保持三相交流電源的對稱性和減小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電源。整流二極管的峰值反向電壓為Uin.max××1.414=380×(1+10%)×1.414=591V取50％的裕量591×(1+50%)=887V電源的輸入功率Pin.max＝P輸出/80%=3750W最大輸入線電流Iin.max=3750/Uin.min/1.732=6.33A選用富士公司生產(chǎn)的2RI60G120（60A/1200V2單元串聯(lián)）型號整流模塊三個連接而成橋式整流回路。

輸入整流濾波電路的設(shè)計一、三相橋式整流電路的設(shè)計19

二、輸入濾波電容的設(shè)計通過直流回路的平均電流最大值Idc.max為Idc.max＝Pin.max/Udc.min=3750/462=8.12AUdc為三相電源電壓最低時整流輸出的直流電壓的平均值Udc.min＝1.35×380×(110%)=462V三相整流電路的濾波電容公式為C=133~200Idc.max=200×8.12=1626uF本系統(tǒng)中輸入濾波電容取1600uF，選用2個2200uF/450VDC電容和2個1000uF/450VDC電容兩兩串聯(lián)再并聯(lián)組成。二、輸入濾波電容的設(shè)計20

三、輸入濾波電感的設(shè)計根據(jù)保持負載電流連續(xù)的要求來選擇濾波電感L設(shè)最小負載功率Pmin=2000WPin=2000/80%=2500WIdmin=2500/(1.35×380×1.1)=4.43AL=0.013×Uin.max/(314×Idmin)=0.013×380×1.1/(314×4.43)=3.9mH取4mH。

三、輸入濾波電感的設(shè)計21IGBT的選擇整流濾波后輸出的最高直流電壓為Udc.max=380×1.1×1.414=591V取50％的裕量，則IGBT的最低耐壓為U=Udc.max×(1+50%)=591×1.5=886.5V直流母線上的最大直流電流為Id.max=Pin.max/Udc.min=3750/462=8.12A其中Udc.min=1.35×380×(110%)=462V選用日本富士公司生產(chǎn)的2MBI25L120（2單元25A/1200V）型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。IGBT的選擇整流濾波后輸出的最高直流電壓為22輸出LC濾波電路

L為工頻電感，電感量可選為15mH，為減小噪聲，選閉合鐵芯，如OD型硅鋼鐵芯（400Hz）或鐵粉芯鐵芯。C為工頻電容，可以選CBB6110uF250VAC。輸出LC濾波電路L為工頻電感，電感量可選為15mH，為減23RCD緩沖電路的設(shè)計緩沖電路是一種保護電路，其目的是在IGBT關(guān)斷時防止在IGBT上產(chǎn)生過電壓，另外它也能改變IGBT開關(guān)過程中電壓和電流的波形軌跡，使開關(guān)“軟化”以減少開關(guān)損耗。

在本系統(tǒng)中，IGBT開關(guān)速度快，當(dāng)IGBT由通態(tài)迅速關(guān)斷時，在主回路的布線電感上會引起較大的尖峰電壓－Ldi/dt，這個尖峰電壓與直流電源電壓疊加后加在關(guān)斷的IGBT的集射兩極之間。如果尖峰電壓很大，可能使疊加后的電壓超過反向安全工作區(qū)，有損于IGBT。

RCD緩沖電路的設(shè)計緩沖電路是一種保護電路，其目的是在IGB24小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電導(dǎo)通狀態(tài)的ERA34－10因此反三種可供選擇的波形，它們是純正弦波形，增強型波形和高效型波形?，F(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計方法的一門科學(xué)不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系本系統(tǒng)所采用的控制算法控制量，對控制對象進行控制。型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。導(dǎo)通UGE大于開啟電壓時，本系統(tǒng)中，fpower=50Hz，frange=122Hz，所以計算得PFS＝輸入整流濾波電路的設(shè)計試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)(Kp，Ki)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PI參數(shù)。該發(fā)生器的模型是由Simpower中的PWMGenerator模R5Yamp7Yamp6Yamp5Yamp4Yamp3Yamp2Yamp1Yamp0積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。4s)，418伏(≥0.單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，具體說，就是采樣輸出電壓值，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）比較，采用PI控制算法去控制調(diào)制幅度值，從而使SA4828輸出的SPWM波的脈寬幅度隨輸出電壓值變化，使IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間發(fā)生變化，輸出電壓穩(wěn)定在220V。IGBT綜合了MOS和GTR的優(yōu)點，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOS的1/10，開關(guān)時間速度快，是同容量GTR的1/10。在本系統(tǒng)中，IGBT開關(guān)速度快，當(dāng)IGBT由通態(tài)迅速關(guān)斷時，在主回路的布線電感上會引起較大的尖峰電壓－Ldi/dt，這個尖峰電壓與直流電源電壓疊加后加在關(guān)斷的IGBT的集射兩極之間。1消除來自電網(wǎng)的各種干擾對系統(tǒng)的影響，如電動機的啟動，電器開關(guān)的合閘和關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。(1)調(diào)制波頻率選擇RCD緩沖電路緩沖電容盡量用無感電容。緩沖二極管必須是正向過渡電壓低，反向恢復(fù)時間短、反向恢復(fù)特性軟的二極管。接線時，應(yīng)盡量使Cs、Ds緊靠IGBT，以減小分布電感。

小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電RCD25

緩沖電路參數(shù)的計算Cs≥式中，Lm=1uH/m；I0=2Ic(額定值)；Ucep=0.9Uces；Ed=600V。本系統(tǒng)設(shè)計中，Lm取2uH，I0=2Ic=50A，Ucep=0.9Uces=1080V，Ed=600V，計算Cs≥0.022uF,取30nF。Rs≤

≈2.48K

P(RS)≥10≈146W

緩沖電路參數(shù)的計算Cs≥26采樣電路及A/D轉(zhuǎn)換電路

采樣電路及A/D轉(zhuǎn)換電路27SPWM波產(chǎn)生芯片SA4828及其應(yīng)用

/RST:硬件復(fù)位引腳，復(fù)位后，寄存器的/CR、WTE和RST各位為0。SETTRIP:通過該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號輸出，高電平有效。

MUX:高電平時，使用地址與數(shù)據(jù)共用的總線，這時，地址/數(shù)據(jù)引腳RS不用。RPHT輸出經(jīng)兩個EXB841控制1、4號IGBT，RPHB經(jīng)兩個EXB841控制2、3號IGBTSPWM波產(chǎn)生芯片SA4828及其應(yīng)用/RST:硬件復(fù)位引28脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖。

脈沖延遲電路生成死區(qū)時間，保證任何橋臂上的兩個開關(guān)管不會在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。

三種可供選擇的波形，它們是純正弦波形，增強型波形和高效型波形。

8個8位寄存器R0R5和R14、R15。R0R5用來暫存來自單片機的數(shù)據(jù)，向R14寫操作時，將R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入初始化寄存器，當(dāng)向R15寫操作時，R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入控制寄存器。脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖。29SA4828與單片機的連接寄存器R0∽R5的地址0000H∽0005H虛擬寄存器R14、R15的地址000EH、000FHSA4828與單片機的連接寄存器R0∽R5的地址0000H∽30SA4828的編程初始化寄存器通常在程序初始化時定義，在電源工作期間不應(yīng)該改變它們，如果一定要修改，可先復(fù)位SA4828或用控制寄存器中的/INH位來關(guān)斷SPWM輸出，然后再進行修改。

控制寄存器值可在程序中改變，用來控制輸出電壓的頻率或幅值。SA4828的編程初始化寄存器通常在程序初始化時定義，在電源311、初始化編程76543210R0FRS2FRS1FRS0╳╳CFS2CFS1CFS0R1╳PDT6PDT5PDT4PDT3PDT2PDT1PDT0R2╳╳PDY5PDY4PDY3PDY2PDY1PDY0R3╳╳AC00╳WS1WS0R4WD15WD14WD13WD12WD11WD10WD9WD8R5WD7WD6WD5WD4WD3WD2WD1WD0(1)載波頻率設(shè)定設(shè)定字由CFS0CFS2這三位組成fCARR=本系統(tǒng)中，fclk為6MHz，載波頻率fcarr取5.85KHz，可求得n=0，所以CFS為000。

1、初始化編程32

(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定設(shè)定字由FRS0FRS2三位組成，frange=本系統(tǒng)中，frange=122Hz，可求得m＝3，所以FRS為011。(3)脈沖延遲時間設(shè)定設(shè)定字由PDY0PDY5六位組成，tpdy=本系統(tǒng)中，tpdy=6us，fcarr=5.85KHz，所以PDY等于46，于是R2為2EH。(4)最小刪除脈寬設(shè)定設(shè)定字是由PDT0PDT6這7位組成，tpdt=本系統(tǒng)中，實際輸出最小脈寬為2us，則tpdt=6us+2us=8us，計算得PDT＝103＝67H，所以R1為67H。(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定33(5)調(diào)制波形的選擇波形選擇字由WS0、WS1兩位組成，WS1、WS0為0、0時，輸出的是純正弦波，WS1、WS0為0、1時，輸出的是增強型波，WS1、WS0為1、0時，輸出的是高效型波。本系統(tǒng)中，WS1、WS0為0、0，即輸出為純正弦波。(6)幅值控制

AC是幅值控制位，當(dāng)AC=0時，控制寄存器中的R相的幅值就是其他兩相的幅值；當(dāng)AC=1時，控制寄存器中的R、Y、B相分別可以調(diào)整各自的幅值，以適應(yīng)不平衡負載。本系統(tǒng)中我們只使用一相控制信號，所以AC＝0，即R3為00H。(5)調(diào)制波形的選擇342、控制寄存器編程

76543210R0PFS7PFS6PFS5PFS4PFS3PFS2PFS1PFS0R1PFS15PFS14PFS13PFS12PFS11PFS10PFS9PFS8R2RST╳

╳╳WTE/CR/INH/F/RR3Ramp7Ramp6Ramp5Ramp4Ramp3Ramp2Ramp1Ramp0R4Bamp7Bamp6Bamp5Bamp4Bamp3Bamp2Bamp1Bamp0R5Yamp7Yamp6Yamp5Yamp4Yamp3Yamp2Yamp1Yamp0(1)調(diào)制波頻率選擇

選擇字由PFS0∽PFS15這16位組成，fpower=

本系統(tǒng)中，fpower=50Hz，frange=122Hz，所以計算得PFS＝26859＝68EBH，于是R0為0EBH，R1為68H。

2、控制寄存器編程35(2)調(diào)制波幅值選擇

通過改變調(diào)制波幅值來改變輸出電壓有效值，達到改變輸出電壓的目的。Apower=A的二進制數(shù)即為幅值選擇字（即RAMP或YAMP或BAMP）。式中的Apower就是調(diào)壓比。(3)其他設(shè)定RST是軟復(fù)位位置0，不使用軟復(fù)位功能；計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；輸出禁止位/INH置1，開通所有的SPWM信號輸出

；正反轉(zhuǎn)選擇位/F/R置0，正轉(zhuǎn)。(2)調(diào)制波幅值選擇36集成化IGBT專用驅(qū)動器EXB841集成化IGBT專用驅(qū)動器EXB841376號端子經(jīng)ERA34－10接至主回路IGBT的集電極。當(dāng)IGBT發(fā)生短路故障時，UCE將隨IC急劇增大而增大。本來處于導(dǎo)通狀態(tài)的ERA34－10因此反向截止，驅(qū)動保護功能工作，觸發(fā)電壓UGE從＋15V慢慢下拉到＋10V左右，IGBT可承受的短路時間增長。5號端子所接的光電耦合器動作，耦合器的輸出端接至控制電路，使之鎖住觸發(fā)信號，保護了IGBT不繼續(xù)導(dǎo)通。

6號端子經(jīng)ERA34－10接至主38使用EXB841應(yīng)該注意的一些事項

(1)IGBT的柵、射極回路的接線長度一定要小于1m，且應(yīng)使用雙絞線。(2)電路中的電容器C10和C11用來平抑因電源接線阻抗引起的供電電壓變化，而不是作為電源濾波用。

(3)增大IGBT的柵極串聯(lián)電阻Rg，可抑制IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖。(4)IGBT屬壓控器件，當(dāng)集射間有高電壓時，很容易受外界干擾，使柵射電壓超過UGE(th)，引起器件誤導(dǎo)通，為了阻止這類現(xiàn)象的發(fā)生，在柵射間必須并接一只10K的電阻。(5)開機的順序應(yīng)當(dāng)是先讓IGBT驅(qū)動電路工作，產(chǎn)生穩(wěn)定的驅(qū)動波形，再讓主電路工作。使用EXB841應(yīng)該注意的一些事項

(1)IGBT的柵、射極39系統(tǒng)保護電路設(shè)計IGBT是比較脆弱的電子元件，而且價格比較昂貴；另一方面，逆變電源的負載大都是比較貴重的設(shè)備，對電能質(zhì)量要求較高，易受損壞，因此，我們必須對逆變電源加裝必要的保護功能，保護電源本身和負載不被損害。1、啟動浪涌電流抑制電路

開啟逆變電源時，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，因此在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)一電阻，同時在電阻的兩端并接晶閘管開關(guān)，電源啟動時晶閘管開關(guān)關(guān)斷，由電阻限制啟動浪涌電流，當(dāng)濾波電容的充電過程完成后，觸發(fā)晶閘管，使之導(dǎo)通，從而達到短接限流電阻的目的。

系統(tǒng)保護電路設(shè)計IGBT是比較脆弱的電子元件，而且價格40

2、輸入過壓欠壓保護電路

輸入電壓高壓(不高于418V)

輸入電壓低壓(不低于342V)

2、輸入過壓欠壓保護電路413、輸出過流保護電路

過流保護是指電源輸出電流超過允許值時，使電源不受損壞的技術(shù)措施。

3、輸出過流保護電路過流保護是指電源輸出電流超過允許值時，424、溫度保護電路

隨著溫度的升高，電子元件的性能都會下降甚至損壞，因此我們必須在系統(tǒng)內(nèi)加裝散熱風(fēng)扇，另外還應(yīng)當(dāng)對電源關(guān)鍵部位的溫度進行監(jiān)測，防止因溫度過高而引起元器件的損壞。

4、溫度保護電路隨著溫度的升高，電子元件的性能都會下43系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計

44為1、0時，輸出的是高效型波。UGE越高，IC越大。4s)，418伏(≥0.關(guān)斷柵、射極間施加反壓或不加信號時，(3)脈沖延遲時間設(shè)定把交流電變成直流電的過程叫做整流8個8位寄存器R0R5和R14、R15。用MATLAB語言對電力系統(tǒng)進行仿真，一方面，我們可以用電力系統(tǒng)仿真工具箱SimPower的各種模塊來建立所需電路的仿真模型，另一方面，對于系統(tǒng)的控制部分，我們可以用Simulink來建立它的仿真模型。MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。觸發(fā)電壓UGE從＋15V慢慢下輸入為三相380伏時的前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交即可改變輸出交流電的頻率。Kp、Ki是根據(jù)輸出電壓波選擇字由PFS0∽PFS15這16位組成，fpower=通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝系統(tǒng)的MATLAB仿真UGE(TH)(開啟電壓，一般為3－6伏)PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成的控制偏差,將偏差的比例(P)、積分(I)通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進行控制。

為1、0時，輸出的是高效型波。PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值45數(shù)字PI控制器

位置型PI算法:u(n)=Kp[e(n)+]+]+u(0)u(0)是偏差為零時的初值

增量型控制算式:Δu(n)=u(n)u(n1)=(Kp+Ki)e(n)Kpe(n1)Kp稱為比例增益、Ki稱為積分系數(shù)。本系統(tǒng)所采用的控制算法u(n)=u(n1)+Δu(n)=u(n1)+(Kp+Ki)e(n)Kpe(n1)數(shù)字PI控制器

位置型PI算法:46標(biāo)準(zhǔn)PI算法積分項的改進

積分作用能消除控制系統(tǒng)的靜差，但會引起積分飽和，造成調(diào)節(jié)滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調(diào)。積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)PI算法積分項的改進積分作用能消除控制系統(tǒng)的靜差，但會47PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法

理論計算法:前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。實驗確定法(如試湊法、工程整定法)不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系統(tǒng)中進行現(xiàn)場整定，簡單易行。PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法理論計算法:48試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)(Kp，Ki)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PI參數(shù)。增大比例系數(shù)Kp將加快系統(tǒng)響應(yīng)并減少穩(wěn)態(tài)誤差，但過大的Kp會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減小積分系數(shù)Ki將有利于減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的消除將隨之減慢。逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計課件49試湊法過程(1)首先只整定比例系數(shù)，將Kp由小變大，使系統(tǒng)響應(yīng)曲線略有超調(diào)。此時若系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)誤差已小到允許范圍內(nèi)，并且認為響應(yīng)曲線已屬滿意，那么，只須用比例調(diào)節(jié)器即可。(2)若在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。整定時先將第一步所整定的比例系數(shù)略為縮小(如為原來的0.8倍)，再將積分系數(shù)置為一較小值并連續(xù)增大，使得在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的前提下消除穩(wěn)態(tài)誤差。這一步可反復(fù)進行，即根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)Ki，以期得到滿意的結(jié)果。試湊法過程50中位值濾波技術(shù)

為了克服測量通道中隨機干擾引入的隨機誤差，本系統(tǒng)中我們采用數(shù)字濾波方法來消除隨機誤差。中位值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般n取奇數(shù)），然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值，本系統(tǒng)我們?nèi)為7，并用冒泡排序法來對采樣值進行排序。中位值濾波技術(shù)51系統(tǒng)控制程序設(shè)計

單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，具體說，就是采樣輸出電壓值，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）比較，采用PI控制算法去控制調(diào)制幅度值，從而使SA4828輸出的SPWM波的脈寬幅度隨輸出電壓值變化，使IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間發(fā)生變化，輸出電壓穩(wěn)定在220V。

系統(tǒng)控制程序設(shè)計單片機AT89C51通過ADC0809采樣52逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計課件53系統(tǒng)的MATLAB仿真

系統(tǒng)的MATLAB仿真

54MATLAB簡介

MATLAB是美國Mathworks公司開發(fā)的大型軟件，它包括了兩大部分?jǐn)?shù)學(xué)計算和工程仿真。數(shù)學(xué)計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能。在工程仿真方面，MATLAB提供的軟件支持幾乎遍布各個工程領(lǐng)域，MATLAB簡介MATLAB是美國Mathworks公司開55用MATLAB語言對電力系統(tǒng)進行仿真，一方面，我們可以用電力系統(tǒng)仿真工具箱SimPower的各種模塊來建立所需電路的仿真模型，另一方面，對于系統(tǒng)的控制部分，我們可以用Simulink來建立它的仿真模型。接下來，只要對各模塊和系統(tǒng)設(shè)置正確的仿真參數(shù)，我們就可以對系統(tǒng)進行分析、調(diào)整，從而驗證系統(tǒng)的可行性。

用MATLAB語言對電力系統(tǒng)進行仿真，一方面，我們可以用電力56系統(tǒng)仿真模型的建立系統(tǒng)的仿真模型大致可分為三個部分主電路部分、控制部分和測量部分。系統(tǒng)仿真模型的建立系統(tǒng)的仿真模型大致可分為三個部分主電路部分57Kp稱為比例增益、Ki稱為積分系數(shù)。發(fā)生短路故障時，UCE將隨IC設(shè)定字由FRS0FRS2三位組成，frange=整定時先將第一步所整定的比例系數(shù)略為縮小(如為原來的0.導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交控制量，對控制對象進行控制。SPWM發(fā)生器參數(shù)設(shè)定Δu(n)=u(n)u(n1)=(Kp+Ki)e(n)Kpe(n1)型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。通過改變調(diào)制波幅值來改變輸出電壓有效值，達到改變輸出電壓的目的。C=133~200Idc.(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定4s)，418伏(≥0.三、輸入濾波電感的設(shè)計Rs≤≈2.在工程仿真方面，MATLAB提供的軟件支持幾乎MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。開啟逆變電源時，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，因此在整流橋的直根據(jù)保持負載電流連續(xù)的要求來選擇濾波電感L9mH取4mH。三相電源參數(shù)設(shè)置逆變器設(shè)置參數(shù)Yg表示三相電源Y型連接，中性點直接接地

Kp稱為比例增益、Ki稱為積分系數(shù)。三相電源參數(shù)設(shè)置58PI控制模塊的Simulink模型

圖中零階保持器的作用是把輸入采樣值離散化，Gain、Gain1的設(shè)定值都為127/220，其目的是為了使輸入采樣值變小到ADC0809采樣的范圍，Gain2的設(shè)定值為1/255，目的是使輸出的調(diào)制度值m小于1，PI控制器采用DiscretePIController模塊

PI控制模塊的Simulink模型59PI控制器參數(shù)設(shè)定Kp、Ki是根據(jù)輸出電壓波形、調(diào)制度值波形反復(fù)調(diào)整后設(shè)定的，為實際的控制程序編程提供了數(shù)據(jù)。PI控制器參數(shù)設(shè)定60SPWM發(fā)生器該發(fā)生器的模型是由Simpower中的PWMGenerator模塊改造而來的。SPWM發(fā)生器61SPWM發(fā)生器參數(shù)設(shè)定載波頻率設(shè)為5.85KHz，調(diào)制波頻率設(shè)為50Hz，輸出電壓相位為0度，調(diào)制度值由PI控制模塊根據(jù)輸出電壓狀況來控制，從而使輸出電壓穩(wěn)定在220V。SPWM發(fā)生器參數(shù)設(shè)定62仿真結(jié)果及其分析

系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置仿真時間長度為0.2s、求解器采用變步長ode45求解器、自動選擇最大仿真步長、相對誤差為1e3。仿真結(jié)果及其分析系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置63輸入為三相380伏時的系統(tǒng)仿真輸出波形，圖中三相整流濾波后得到的直流電壓為500伏左右，電壓穩(wěn)定后調(diào)制幅度m約為0.63，輸出電壓穩(wěn)定時間為0.125s，其幅值為311V。

輸入為三相380伏時的64輸入380伏輸出濾波電感為0.5mH時的仿真波形。輸出正弦波中的紋波含量增加了。輸入380伏輸出濾波電感為0.5mH時的仿真波形。65系統(tǒng)仿真模型的三相電源為三相可控電源，將其設(shè)定為380伏(0－0.4s)，418伏(≥0.4s)，系統(tǒng)仿真時間更改為0－0.6s，可得到如圖所示的系統(tǒng)動態(tài)仿真波形圖。圖中，當(dāng)輸入三相電壓從380伏變成418伏時，輸出電壓變化平穩(wěn)，穩(wěn)定時間短(小于0.1s)，調(diào)制幅度m從0.63變?yōu)?.56，輸出電壓幅值都能穩(wěn)定在311V。系統(tǒng)仿真模型的三相電源為三66結(jié)論

結(jié)論

67脈沖延遲電路生成死區(qū)時間，保證任何橋臂上的兩個開關(guān)管不會在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。1消除來自電網(wǎng)的各種干擾對系統(tǒng)的影響，如電動機的啟動，電器開關(guān)的合閘和關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。輸出禁止位/INH置1，開通所有的SPWM信號輸出；(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定min=3750/462=8.SPWM波產(chǎn)生芯片SA4828及其應(yīng)用導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交輸入電壓低壓(不低于342V)保護了IGBT不繼續(xù)導(dǎo)通。試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)(Kp，Ki)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PI參數(shù)。動的厚基區(qū)PNP晶體管輸入為三相380伏時的Udc為三相電源電壓最低時整流輸出的直流電壓的平均值IGBT管的基本原理與特性35×380×(110%)=462V積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。IGBT的伏安特性如圖所示，4s)，418伏(≥0.2、輸入過壓欠壓保護電路在實際調(diào)試中，出于安全方面的考慮，我們應(yīng)先把主電路的輸入電壓調(diào)在一個較低的水平，然后對系統(tǒng)進行調(diào)試，待系統(tǒng)工作正常后，可逐步提高輸入電壓，觀察系統(tǒng)的工作情況，直致最大輸入電壓。由于實際系統(tǒng)與仿真模型存在一定的偏差，所以我們需用試湊法反復(fù)調(diào)定控制程序中的kp和ki值，另外，由于系統(tǒng)的滯后特性，我們應(yīng)適當(dāng)加大輸出電壓的采樣周期(本系統(tǒng)取0.02S)。經(jīng)實際測試，本穩(wěn)壓電源輸出正弦電壓波形畸變率極低，電壓穩(wěn)定性高(1%)，控制穩(wěn)定性高因而具有一定的推廣價值。脈沖延遲電路生成死區(qū)時間，保證任何橋臂上的兩個開關(guān)管不會在狀68逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計69（優(yōu)選）逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計.（優(yōu)選）逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計.70本課題的主要任務(wù)是了解并掌握電力電子器件IGBT的原理和使用，并用電源的逆變技術(shù)設(shè)計出一臺基于單片機控制的新型逆變穩(wěn)壓電源，先用MATLAB語言的電力仿真工具箱SimPower對所設(shè)計的系統(tǒng)進行仿真，分析其可行性，在此基礎(chǔ)上，對所設(shè)計的電源系統(tǒng)進行調(diào)試。本課題的主要任務(wù)是了解并掌握電力電子器件IGBT的原理和使用71本課題所設(shè)計逆變電源的參數(shù)要求1、輸入電壓市電三相電源380VAC；2、輸出電壓輸出為單相220VAC(有效值)、頻率為50Hz的穩(wěn)壓電源；3、輸出功率3KW，允許過載10％；4、整機效率設(shè)計目標(biāo)為90％；5、穩(wěn)壓精度小于2％。

本課題所設(shè)計逆變電源的參數(shù)要求72基本原理基本原理73IGBT管的基本原理與特性

絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor）簡稱IGBT,因為它的等效結(jié)構(gòu)具有晶體管模式，所以稱為絕緣柵雙極型晶體管。

IGBT綜合了MOS和GTR的優(yōu)點，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOS的1/10，開關(guān)時間速度快，是同容量GTR的1/10。

IGBT管的基本原理與特性

絕緣柵雙極型晶體管（Insul74IGBT是一個由MOSFET驅(qū)動的厚基區(qū)PNP晶體管導(dǎo)通UGE大于開啟電壓時，MOSFET內(nèi)形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通。關(guān)斷柵、射極間施加反壓或不加信號時，MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。IGBT是一個由MOSFET驅(qū)75IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性IGBT的伏安特性如圖所示，UGE越高，IC越大。

IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線。當(dāng)UGE>UGE(TH)(開啟電壓，一般為3－6伏)時，IGBT開通，當(dāng)UGE<UGE(TH)時，IGBT關(guān)斷。

IGBT的伏安特性和轉(zhuǎn)移特性76

IGBT的參數(shù)特點(1)IGBT的開關(guān)特性好，開關(guān)速度快，其開關(guān)時間是同容量GTR的1/10。(2)IGBT的通態(tài)壓降低。

(3)IGBT的安全工作區(qū)比GTR寬，而且還具有耐脈沖電流沖擊的能力。(4)IGBT的輸入阻抗高，可達109－1011歐姆數(shù)量級，呈純電容性，驅(qū)動功率小。(5)IGBT的Ic大到一定的程度時，柵極G失去對集電極電流Ic的控制作用，既擎住效應(yīng)，最后使器件損壞。

(6)IGBT的耐壓可以做得更高，最大允許電壓UCEM可達到4500伏以上。

IGBT的參數(shù)特點77逆變技術(shù)及其原理把交流電變成直流電的過程叫做整流把直流電變成交流電的過程叫做逆變現(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計方法的一門科學(xué)逆變技術(shù)及其原理把交流電變成直流電的過程叫做整流78不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系作，耦合器的輸出端接至控系統(tǒng)的MATLAB仿真偏差,將偏差的比例(P)、積分(I)通過線性組合構(gòu)成間，然后給另一個臂施加導(dǎo)通信號1、輸入電壓市電三相電源380VAC；通過直流回路的平均電流最大值Idc.PI控制模塊的Simulink模型(3)IGBT的安全工作區(qū)比GTR寬，而且還具有耐脈沖電流沖擊的能力。學(xué)計算部分提供了強大的矩陣處理和繪圖功能。雙極性SPWM控制方式IGBT的伏安特性如圖所示，5mH時的仿真波形。1/255，目的是使輸出的調(diào)制度值m小于1，PI控制器R0FRS2FRS1FRS0╳╳CFS2CFS1CFS0C=133~200Idc.單相電壓型逆變電路單相全橋電壓型逆變電路的原理圖如圖所示，它共有4個橋臂，橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交流電，改變兩組開關(guān)的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。

不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系單相電壓型逆變電路單相全橋79SPWM控制技術(shù)及其原理

將一個正弦波半波電壓分成N等分，并把正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，得到如圖所示的脈沖列，這就是SPWM波形。

SPWM控制技術(shù)及其原理將一個正弦波半波電壓分成N等分，并80SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖。

逆變器的輸出電壓為SPWM波形時，其低次諧波得到很好地抑制和消除，高次諧波又能很容易濾去，從而可得到崎變率極低的正弦波輸出電壓。

SPWM控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出81雙極性SPWM控制方式當(dāng)ur>uc時，使開關(guān)管T1、T4導(dǎo)通，T2、T3關(guān)斷，此時，u0=Ud；當(dāng)ur<uc時，使開關(guān)管T2、T3導(dǎo)通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝－Ud。為了防止上下兩個橋臂同時導(dǎo)通而造成短路，在給一個臂施加關(guān)斷信號后，再延遲△t時間，然后給另一個臂施加導(dǎo)通信號

雙極性SPWM控制方式當(dāng)ur>uc時，使開關(guān)管T1、T4導(dǎo)82系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計83系統(tǒng)總體介紹三相電源380V經(jīng)整流濾波變成直流電壓，然后經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦波交流電壓輸出。CPU根據(jù)輸出采樣電壓值來控制SPWM波發(fā)生器輸出的SPWM波形參數(shù)，SPWM發(fā)生器產(chǎn)生的SPWM波經(jīng)驅(qū)動隔離電路去驅(qū)動逆變電路，從而把整流濾波后得到的直流電逆變成穩(wěn)定交流電。

系統(tǒng)總體介紹三相電源380V經(jīng)整流濾波變成直流電壓，然后經(jīng)S84計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；加關(guān)斷信號后，再延遲△t時UGE越高，IC越大。Yg表示三相電源Y型連接，中性點直接接地本系統(tǒng)中，fclk為6MHz，載波頻率fcarr取5.電源的輸入功率Pin.為1、0時，輸出的是高效型波。通而造成短路，在給一個臂施本系統(tǒng)中，實際輸出最小脈寬為2us，則tpdt=6us+2us=8us，計易受損壞，因此，我們必須對逆變電源加裝必要的保護功能，保8個8位寄存器R0R5和R14、R15。單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，具體說，就是采樣輸出電壓值，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）比較，采用PI控制算法去控制調(diào)制幅度值，從而使SA4828輸出的SPWM波的脈寬幅度隨輸出電壓值變化，使IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間發(fā)生變化，輸出電壓穩(wěn)定在220V。通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝4s)，418伏(≥0.(3)脈沖延遲時間設(shè)定型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。接下來，只要對各模塊和系統(tǒng)設(shè)置正確的仿真參數(shù)，我們就可以對系統(tǒng)進行分析、調(diào)整，從而驗證系統(tǒng)的可行性。1/255，目的是使輸出的調(diào)制度值m小于1，PI控制器Udc.電源主電路計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；電源主電路85輸入EMI濾波器的設(shè)計

KT3H420型三相三線濾波器1消除來自電網(wǎng)的各種干擾對系統(tǒng)的影響，如電動機的啟動，電器開關(guān)的合閘和關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。2防止系統(tǒng)產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散而污染電網(wǎng)。輸入EMI濾波器的設(shè)計KT3H42086輸入整流濾波電路的設(shè)計一、三相橋式整流電路的設(shè)計本電源是大功率電源，為了保持三相交流電源的對稱性和減小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電源。整流二極管的峰值反向電壓為Uin.max××1.414=380×(1+10%)×1.414=591V取50％的裕量591×(1+50%)=887V電源的輸入功率Pin.max＝P輸出/80%=3750W最大輸入線電流Iin.max=3750/Uin.min/1.732=6.33A選用富士公司生產(chǎn)的2RI60G120（60A/1200V2單元串聯(lián)）型號整流模塊三個連接而成橋式整流回路。

輸入整流濾波電路的設(shè)計一、三相橋式整流電路的設(shè)計87

二、輸入濾波電容的設(shè)計通過直流回路的平均電流最大值Idc.max為Idc.max＝Pin.max/Udc.min=3750/462=8.12AUdc為三相電源電壓最低時整流輸出的直流電壓的平均值Udc.min＝1.35×380×(110%)=462V三相整流電路的濾波電容公式為C=133~200Idc.max=200×8.12=1626uF本系統(tǒng)中輸入濾波電容取1600uF，選用2個2200uF/450VDC電容和2個1000uF/450VDC電容兩兩串聯(lián)再并聯(lián)組成。二、輸入濾波電容的設(shè)計88

三、輸入濾波電感的設(shè)計根據(jù)保持負載電流連續(xù)的要求來選擇濾波電感L設(shè)最小負載功率Pmin=2000WPin=2000/80%=2500WIdmin=2500/(1.35×380×1.1)=4.43AL=0.013×Uin.max/(314×Idmin)=0.013×380×1.1/(314×4.43)=3.9mH取4mH。

三、輸入濾波電感的設(shè)計89IGBT的選擇整流濾波后輸出的最高直流電壓為Udc.max=380×1.1×1.414=591V取50％的裕量，則IGBT的最低耐壓為U=Udc.max×(1+50%)=591×1.5=886.5V直流母線上的最大直流電流為Id.max=Pin.max/Udc.min=3750/462=8.12A其中Udc.min=1.35×380×(110%)=462V選用日本富士公司生產(chǎn)的2MBI25L120（2單元25A/1200V）型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。IGBT的選擇整流濾波后輸出的最高直流電壓為90輸出LC濾波電路

L為工頻電感，電感量可選為15mH，為減小噪聲，選閉合鐵芯，如OD型硅鋼鐵芯（400Hz）或鐵粉芯鐵芯。C為工頻電容，可以選CBB6110uF250VAC。輸出LC濾波電路L為工頻電感，電感量可選為15mH，為減91RCD緩沖電路的設(shè)計緩沖電路是一種保護電路，其目的是在IGBT關(guān)斷時防止在IGBT上產(chǎn)生過電壓，另外它也能改變IGBT開關(guān)過程中電壓和電流的波形軌跡，使開關(guān)“軟化”以減少開關(guān)損耗。

在本系統(tǒng)中，IGBT開關(guān)速度快，當(dāng)IGBT由通態(tài)迅速關(guān)斷時，在主回路的布線電感上會引起較大的尖峰電壓－Ldi/dt，這個尖峰電壓與直流電源電壓疊加后加在關(guān)斷的IGBT的集射兩極之間。如果尖峰電壓很大，可能使疊加后的電壓超過反向安全工作區(qū)，有損于IGBT。

RCD緩沖電路的設(shè)計緩沖電路是一種保護電路，其目的是在IGB92小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電導(dǎo)通狀態(tài)的ERA34－10因此反三種可供選擇的波形，它們是純正弦波形，增強型波形和高效型波形?，F(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計方法的一門科學(xué)不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系本系統(tǒng)所采用的控制算法控制量，對控制對象進行控制。型IGBT管，該管耐壓1200V，電流容許值為25A。導(dǎo)通UGE大于開啟電壓時，本系統(tǒng)中，fpower=50Hz，frange=122Hz，所以計算得PFS＝輸入整流濾波電路的設(shè)計試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)(Kp，Ki)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PI參數(shù)。該發(fā)生器的模型是由Simpower中的PWMGenerator模R5Yamp7Yamp6Yamp5Yamp4Yamp3Yamp2Yamp1Yamp0積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。4s)，418伏(≥0.單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828控制數(shù)據(jù)中的調(diào)制幅度值，具體說，就是采樣輸出電壓值，與系統(tǒng)設(shè)定電壓值（本系統(tǒng)為220V）比較，采用PI控制算法去控制調(diào)制幅度值，從而使SA4828輸出的SPWM波的脈寬幅度隨輸出電壓值變化，使IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷時間發(fā)生變化，輸出電壓穩(wěn)定在220V。IGBT綜合了MOS和GTR的優(yōu)點，其導(dǎo)通電阻是同一耐壓規(guī)格的功率MOS的1/10，開關(guān)時間速度快，是同容量GTR的1/10。在本系統(tǒng)中，IGBT開關(guān)速度快，當(dāng)IGBT由通態(tài)迅速關(guān)斷時，在主回路的布線電感上會引起較大的尖峰電壓－Ldi/dt，這個尖峰電壓與直流電源電壓疊加后加在關(guān)斷的IGBT的集射兩極之間。1消除來自電網(wǎng)的各種干擾對系統(tǒng)的影響，如電動機的啟動，電器開關(guān)的合閘和關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。(1)調(diào)制波頻率選擇RCD緩沖電路緩沖電容盡量用無感電容。緩沖二極管必須是正向過渡電壓低，反向恢復(fù)時間短、反向恢復(fù)特性軟的二極管。接線時，應(yīng)盡量使Cs、Ds緊靠IGBT，以減小分布電感。

小電源的輸入濾波電容等原因，我們采用三相電源作為供電電RCD93

緩沖電路參數(shù)的計算Cs≥式中，Lm=1uH/m；I0=2Ic(額定值)；Ucep=0.9Uces；Ed=600V。本系統(tǒng)設(shè)計中，Lm取2uH，I0=2Ic=50A，Ucep=0.9Uces=1080V，Ed=600V，計算Cs≥0.022uF,取30nF。Rs≤

≈2.48K

P(RS)≥10≈146W

緩沖電路參數(shù)的計算Cs≥94采樣電路及A/D轉(zhuǎn)換電路

采樣電路及A/D轉(zhuǎn)換電路95SPWM波產(chǎn)生芯片SA4828及其應(yīng)用

/RST:硬件復(fù)位引腳，復(fù)位后，寄存器的/CR、WTE和RST各位為0。SETTRIP:通過該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號輸出，高電平有效。

MUX:高電平時，使用地址與數(shù)據(jù)共用的總線，這時，地址/數(shù)據(jù)引腳RS不用。RPHT輸出經(jīng)兩個EXB841控制1、4號IGBT，RPHB經(jīng)兩個EXB841控制2、3號IGBTSPWM波產(chǎn)生芯片SA4828及其應(yīng)用/RST:硬件復(fù)位引96脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖。

脈沖延遲電路生成死區(qū)時間，保證任何橋臂上的兩個開關(guān)管不會在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。

三種可供選擇的波形，它們是純正弦波形，增強型波形和高效型波形。

8個8位寄存器R0R5和R14、R15。R0R5用來暫存來自單片機的數(shù)據(jù)，向R14寫操作時，將R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入初始化寄存器，當(dāng)向R15寫操作時，R0R5中存放的48位數(shù)據(jù)送入控制寄存器。脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖。97SA4828與單片機的連接寄存器R0∽R5的地址0000H∽0005H虛擬寄存器R14、R15的地址000EH、000FHSA4828與單片機的連接寄存器R0∽R5的地址0000H∽98SA4828的編程初始化寄存器通常在程序初始化時定義，在電源工作期間不應(yīng)該改變它們，如果一定要修改，可先復(fù)位SA4828或用控制寄存器中的/INH位來關(guān)斷SPWM輸出，然后再進行修改。

控制寄存器值可在程序中改變，用來控制輸出電壓的頻率或幅值。SA4828的編程初始化寄存器通常在程序初始化時定義，在電源991、初始化編程76543210R0FRS2FRS1FRS0╳╳CFS2CFS1CFS0R1╳PDT6PDT5PDT4PDT3PDT2PDT1PDT0R2╳╳PDY5PDY4PDY3PDY2PDY1PDY0R3╳╳AC00╳WS1WS0R4WD15WD14WD13WD12WD11WD10WD9WD8R5WD7WD6WD5WD4WD3WD2WD1WD0(1)載波頻率設(shè)定設(shè)定字由CFS0CFS2這三位組成fCARR=本系統(tǒng)中，fclk為6MHz，載波頻率fcarr取5.85KHz，可求得n=0，所以CFS為000。

1、初始化編程100

(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定設(shè)定字由FRS0FRS2三位組成，frange=本系統(tǒng)中，frange=122Hz，可求得m＝3，所以FRS為011。(3)脈沖延遲時間設(shè)定設(shè)定字由PDY0PDY5六位組成，tpdy=本系統(tǒng)中，tpdy=6us，fcarr=5.85KHz，所以PDY等于46，于是R2為2EH。(4)最小刪除脈寬設(shè)定設(shè)定字是由PDT0PDT6這7位組成，tpdt=本系統(tǒng)中，實際輸出最小脈寬為2us，則tpdt=6us+2us=8us，計算得PDT＝103＝67H，所以R1為67H。(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定101(5)調(diào)制波形的選擇波形選擇字由WS0、WS1兩位組成，WS1、WS0為0、0時，輸出的是純正弦波，WS1、WS0為0、1時，輸出的是增強型波，WS1、WS0為1、0時，輸出的是高效型波。本系統(tǒng)中，WS1、WS0為0、0，即輸出為純正弦波。(6)幅值控制

AC是幅值控制位，當(dāng)AC=0時，控制寄存器中的R相的幅值就是其他兩相的幅值；當(dāng)AC=1時，控制寄存器中的R、Y、B相分別可以調(diào)整各自的幅值，以適應(yīng)不平衡負載。本系統(tǒng)中我們只使用一相控制信號，所以AC＝0，即R3為00H。(5)調(diào)制波形的選擇1022、控制寄存器編程

76543210R0PFS7PFS6PFS5PFS4PFS3PFS2PFS1PFS0R1PFS15PFS14PFS13PFS12PFS11PFS10PFS9PFS8R2RST╳

╳╳WTE/CR/INH/F/RR3Ramp7Ramp6Ramp5Ramp4Ramp3Ramp2Ramp1Ramp0R4Bamp7Bamp6Bamp5Bamp4Bamp3Bamp2Bamp1Bamp0R5Yamp7Yamp6Yamp5Yamp4Yamp3Yamp2Yamp1Yamp0(1)調(diào)制波頻率選擇

選擇字由PFS0∽PFS15這16位組成，fpower=

本系統(tǒng)中，fpower=50Hz，frange=122Hz，所以計算得PFS＝26859＝68EBH，于是R0為0EBH，R1為68H。

2、控制寄存器編程103(2)調(diào)制波幅值選擇

通過改變調(diào)制波幅值來改變輸出電壓有效值，達到改變輸出電壓的目的。Apower=A的二進制數(shù)即為幅值選擇字（即RAMP或YAMP或BAMP）。式中的Apower就是調(diào)壓比。(3)其他設(shè)定RST是軟復(fù)位位置0，不使用軟復(fù)位功能；計數(shù)器復(fù)位位/CR置1；輸出禁止位/INH置1，開通所有的SPWM信號輸出

；正反轉(zhuǎn)選擇位/F/R置0，正轉(zhuǎn)。(2)調(diào)制波幅值選擇104集成化IGBT專用驅(qū)動器EXB841集成化IGBT專用驅(qū)動器EXB8411056號端子經(jīng)ERA34－10接至主回路IGBT的集電極。當(dāng)IGBT發(fā)生短路故障時，UCE將隨IC急劇增大而增大。本來處于導(dǎo)通狀態(tài)的ERA34－10因此反向截止，驅(qū)動保護功能工作，觸發(fā)電壓UGE從＋15V慢慢下拉到＋10V左右，IGBT可承受的短路時間增長。5號端子所接的光電耦合器動作，耦合器的輸出端接至控制電路，使之鎖住觸發(fā)信號，保護了IGBT不繼續(xù)導(dǎo)通。

6號端子經(jīng)ERA34－10接至主106使用EXB841應(yīng)該注意的一些事項

(1)IGBT的柵、射極回路的接線長度一定要小于1m，且應(yīng)使用雙絞線。(2)電路中的電容器C10和C11用來平抑因電源接線阻抗引起的供電電壓變化，而不是作為電源濾波用。

(3)增大IGBT的柵極串聯(lián)電阻Rg，可抑制IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖。(4)IGBT屬壓控器件，當(dāng)集射間有高電壓時，很容易受外界干擾，使柵射電壓超過UGE(th)，引起器件誤導(dǎo)通，為了阻止這類現(xiàn)象的發(fā)生，在柵射間必須并接一只10K的電阻。(5)開機的順序應(yīng)當(dāng)是先讓IGBT驅(qū)動電路工作，產(chǎn)生穩(wěn)定的驅(qū)動波形，再讓主電路工作。使用EXB841應(yīng)該注意的一些事項

(1)IGBT的柵、射極107系統(tǒng)保護電路設(shè)計IGBT是比較脆弱的電子元件，而且價格比較昂貴；另一方面，逆變電源的負載大都是比較貴重的設(shè)備，對電能質(zhì)量要求較高，易受損壞，因此，我們必須對逆變電源加裝必要的保護功能，保護電源本身和負載不被損害。1、啟動浪涌電流抑制電路

開啟逆變電源時，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，因此在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)一電阻，同時在電阻的兩端并接晶閘管開關(guān)，電源啟動時晶閘管開關(guān)關(guān)斷，由電阻限制啟動浪涌電流，當(dāng)濾波電容的充電過程完成后，觸發(fā)晶閘管，使之導(dǎo)通，從而達到短接限流電阻的目的。

系統(tǒng)保護電路設(shè)計IGBT是比較脆弱的電子元件，而且價格108

2、輸入過壓欠壓保護電路

輸入電壓高壓(不高于418V)

輸入電壓低壓(不低于342V)

2、輸入過壓欠壓保護電路1093、輸出過流保護電路

過流保護是指電源輸出電流超過允許值時，使電源不受損壞的技術(shù)措施。

3、輸出過流保護電路過流保護是指電源輸出電流超過允許值時，1104、溫度保護電路

隨著溫度的升高，電子元件的性能都會下降甚至損壞，因此我們必須在系統(tǒng)內(nèi)加裝散熱風(fēng)扇，另外還應(yīng)當(dāng)對電源關(guān)鍵部位的溫度進行監(jiān)測，防止因溫度過高而引起元器件的損壞。

4、溫度保護電路隨著溫度的升高，電子元件的性能都會下111系統(tǒng)軟件的設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計

112為1、0時，輸出的是高效型波。UGE越高，IC越大。4s)，418伏(≥0.關(guān)斷柵、射極間施加反壓或不加信號時，(3)脈沖延遲時間設(shè)定把交流電變成直流電的過程叫做整流8個8位寄存器R0R5和R14、R15。用MATLAB語言對電力系統(tǒng)進行仿真，一方面，我們可以用電力系統(tǒng)仿真工具箱SimPower的各種模塊來建立所需電路的仿真模型，另一方面，對于系統(tǒng)的控制部分，我們可以用Simulink來建立它的仿真模型。MOSFET內(nèi)的溝道消失，晶體管的基極電流被切積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。觸發(fā)電壓UGE從＋15V慢慢下輸入為三相380伏時的前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)通，這樣，就把直流電變成交即可改變輸出交流電的頻率。Kp、Ki是根據(jù)輸出電壓波選擇字由PFS0∽PFS15這16位組成，fpower=通，T1、T4關(guān)斷，此時，u0＝系統(tǒng)的MATLAB仿真UGE(TH)(開啟電壓，一般為3－6伏)PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值r(t)與實際輸出值c(t)構(gòu)成的控制偏差,將偏差的比例(P)、積分(I)通過線性組合構(gòu)成控制量，對控制對象進行控制。

為1、0時，輸出的是高效型波。PI調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值113數(shù)字PI控制器

位置型PI算法:u(n)=Kp[e(n)+]+]+u(0)u(0)是偏差為零時的初值

增量型控制算式:Δu(n)=u(n)u(n1)=(Kp+Ki)e(n)Kpe(n1)Kp稱為比例增益、Ki稱為積分系數(shù)。本系統(tǒng)所采用的控制算法u(n)=u(n1)+Δu(n)=u(n1)+(Kp+Ki)e(n)Kpe(n1)數(shù)字PI控制器

位置型PI算法:114標(biāo)準(zhǔn)PI算法積分項的改進

積分作用能消除控制系統(tǒng)的靜差，但會引起積分飽和，造成調(diào)節(jié)滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調(diào)。積分分離法是在偏差很大時不進行積分，僅當(dāng)偏差的絕對值小于門限值(15)時才進行積分積累，避免了過積分現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)PI算法積分項的改進積分作用能消除控制系統(tǒng)的靜差，但會115PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法

理論計算法:前提是能獲得被控對象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，這在工業(yè)過程中一般較難做到。實驗確定法(如試湊法、工程整定法)不依賴對象的數(shù)學(xué)模型，直接在控制系統(tǒng)中進行現(xiàn)場整定，簡單易行。PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定方法理論計算法:116試湊法是通過計算機仿真或?qū)嶋H運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的響應(yīng)曲線，根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)(Kp，Ki)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響，反復(fù)調(diào)節(jié)試湊，直到滿意為止，從而確定PI參數(shù)。增大比例系數(shù)Kp將加快系統(tǒng)響應(yīng)并減少穩(wěn)態(tài)誤差，但過大的Kp會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減小積分系數(shù)Ki將有利于減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的消除將隨之減慢。逆變穩(wěn)壓電源設(shè)計課件117試湊法過程(1)首先只整定比例系數(shù)，將Kp由小變大，使系統(tǒng)響應(yīng)曲線略有超調(diào)。此時若系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)誤差已小到允許范圍內(nèi)，并且認為響應(yīng)曲線已屬滿意，那么，只須用比例調(diào)節(jié)器即可。(2)若在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差太大，則必須加入積分環(huán)節(jié)。整定時先將第一步所整定的比例系數(shù)略為縮小(如為原來的0.8倍)，再將積分系數(shù)置為一較小值并連續(xù)增大，使得在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的前提下消除穩(wěn)態(tài)誤差。這一步可反復(fù)進行，即根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)Ki，以期得到滿意的結(jié)果。試湊法過程118中位值濾波技術(shù)

為了克服測量通道中隨機干擾引入的隨機誤差，本系統(tǒng)中我們采用數(shù)字濾波方法來消除隨機誤差。中位值濾波是對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n次（一般n取奇數(shù)），然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值，本系統(tǒng)我們?nèi)為7，并用冒泡排序法來對采樣值進行排序。中位值濾波技術(shù)119系統(tǒng)控制程序設(shè)計

單片機AT89C51通過ADC0809采樣輸出電壓值，調(diào)整SA4828