51课件五十一三相正弦波变频电源.doc

三相正弦波变频电源 傅玉 摘要：本文计并制作一个三相正弦波变频电源，输出功率能达到100W，线电压有效值能稳定在36V，输出频率可变，具有过流保护功能。对220V交流电采用变压器降压和整流模块后，输出直流电为功放供电；使用单片机利用软件算法产生三相SPWM波形，通过功率放大滤波产生三相正弦波。而且用单片机辅助参与实现逆变极大的减少了电路的复杂度。 关键字：SPWM算法，逆变原理，功放电路，凌阳单片机，变频器。 引言 产品介绍 制作产品是一个三相正弦波变频电源，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A，负载为三相对称阻性负载(Y接法)。变频电源系统框图如下图所示。 性能指标 （1）输出频率范围为20Hz～100Hz的三相对称交流电，各相电压有效值之差小于0.5V； （2）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真； （3）当输入电压为198V～242V，负载电流有效值为0.5～3A时，输出线电压有效值应保持在36V，误差的绝对值小于5%； （4）具有过流保护(输出电流有效值达3.6A时动作)、负载缺相保护及负载不对称保护(三相电流中任意两相电流之差大于0.5A时动作)功能，保护时自动切断输入交流电源。 详细设计与实现 一、方案的选择和论证 具体实现原理图 如题目所述，系统可划分为五个模块。 隔离变压器 考虑到性能要求： 采用环形电源变压器 主要技术参数：IN：红—红 220V 50HZ OUT：12V-0-12V 整流模块 为了产生可变的电压和频率，首先要把电源的交流电变换为直流电（DC），这个过程即是整流。 方案一：采用桥式电路，原理图如下： 桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多。 方案二：如下图所示： 环形变压器提供了36~0~36AV电源，通过对其进行半波整流，可以得到50v的直流电源。电路图如下： 题目中要求最终输出36V强电流三相交流电，功率放大必需使用36V以上的直流电源，故最终我们选用了这个方案。 另：电路中有不少元件需使用5V稳压直流电源，而所使用的环形隔离变压器提供了一相6V交流电，便考虑通过对其进行滤波。 方案三 输出的直流电经7805和7905后变成+5V和-5V直流电压输出。 逆变模块??? 将直流电能变换为交流电能的变换电路。在用电设备对电源质量和参数有特殊要求的场合，用于构成交流电源以代替公共电网。历史上，曾有过电动机-发电机组和离子器件构成的逆变电路。但由于它们的技术经济指标均不如用电力电子器件（如晶闸管等）组成的逆变电路，因而已经或正在被后者所取代。晶闸管组成的逆变电路多为桥式电路，其各臂由理想开关T1～T4组成。它们的开关状态由加于其控制极的电压信号决定。当桥中各臂以频率f（?由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断时，输出电压即成交变方波。在电路中，控制信号频率可决定出端频率，改变直流电源的电压可改变输出基波的幅值，从而实现逆变的目的。??? 为满足不同用电设备对交流电源性能参数的不同要求，已开发出多种逆变电路，大致分类如下：①按输出电能去向，分输出电能不返回公共交流电网的有源逆变电路和输出电能直接输向用电设备的无源逆变电路。②按直流电源性质，分由电压型直流电源供电的电压型逆变电路和由电流型直流电源供电的电流型逆变电路。③按主电路的器件，分由具有自关断能力的全控型器件组成的全控型逆变电路和由无关断能力的半控型器件（如普通晶闸管）组成的半控型逆变电路。④按电流波形，分正弦逆变电路和非正弦逆变电路。前者开关器件中的电流为正弦波，其开关损耗小，宜工作于较高频率；后者开关器件电流为非正弦波，其开关损耗较大，工作频率较低。⑤按输出相数，分单相逆变电路和多相逆变电路。 本系统的逆变模块由四部分组成，三相SPWM（正弦脉宽调制）发生器，功率放大器，低通滤波器，过流保护电路。三相SPWM波形由单片机产生。单片机利用软件编程从三个引角分别输出三个相位相差120°的SPWM，功率放大后经低通滤波器便可产生三相正弦电源，过流保护电路防止电流超标损害电机。 控制器 逆变可以采用的控制方法种类繁多，不同的控制方法都有其独特的优点及适用场合。从控制环路的角度看，可以分为开环控制、单环控制、双环控制以及多环控制。 方案一：采用开环控制 ??? 开环控制无论在静态特性或动态特性方面都无法满足UPS逆变器的要求。为了获得逆变器输出电压良好的静态和动态特性，可以采用输出电压单环瞬时值反馈控制。这种控制方法能够实时地调节输出电压的波形，比较好地抑制元