基于推挽结构SPWM逆变器的研究和设计
上传时间： 2022-03-16
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近年来，多电平逆变器在高压大容量电能变换中得到广泛应用，而其控制策略和电路拓扑等已成为了研究热点。相对传统的两电平逆变器，它具有效率高动态性能好，对电动机产生的谐波少，适合高压大容量等优点。但随着电平数的增加，基本控制算法越来越复杂，同时还存在中点电压不平衡等问题。将DSP数字控制技术应用于多电平逆变器不仅简化了系统的硬件控制电路，提高了系统性能，还可以实现系统的优化控制。 本文以二极管箝位式三电平逆变器为研究对象，首先介绍了三电平逆变器的拓扑结构和工作原理，对三电平逆变器的电路方程进行了深入的分析，在开关函数的基础上建立了三电平逆变器的数学模型。在此基础上，对空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）算法进行了改进，并详细推导了该调制算法的计算公式，结合中点电位控制来确定开关矢量的作用顺序，使仿真和实现都比较容易。然后重点分析了三电平逆变器直流侧电容电压不平衡问题产生的原因，提出了一种能控制逆变器直流侧电容中点电位平衡的电压空间矢量脉宽调制方法。最后采用MATLAB仿真软件对所推导的三电平逆变器SVPWM调制算法和中点电位平衡控制方法进行了仿真分析，证明了该调制算法的正确性和可行性。
上传时间： 2013-05-20
上传用户：PresidentHuang
太阳能发电在世界能源危机的今天飞速发展，已成为新能源的主流之一。逆变器作为主要的能量变换装置器件，其性能的好坏直接影响着整个光伏系统的效率。本文采用电压外环、电流内环的双环控制策略，保证了系统的动态响应速度快，稳态误差小。为此，论文主要对系统的电路拓扑结构、数学模型、控制方法以及基于FPGA的软件实现方法等技术进行了分析研究。 本文首先通过对几种常见的数学模型分析方法的比较，选择适合本文的数学建模方法。文中给出了逆变器的拓扑结构，详细论述了其工作原理，对该逆变器不同工作状态下的等效电路进行分析，并利用状态空间平均法建立了逆变器数学模型，确定主要元件的参数。 随后对当前比较流行的几种逆变电路的控制方法进行了对比分析。本文采用的基于SPWM控制的电压电流双环控制的算法，具有开关频率固定、物理意义清晰、实现方便的优点，保证系统的稳态误差小，动态响应速度快。通过分析几种最大功率跟踪算法各自的优缺点，最后给出了改进的最大功率跟踪算法，保证系统输出最大功率。 最后用FPGA实现了系统控制方案的设计。整机测试结果表明：该逆变器的性能指标基本达到了设计要求，验证了数学模型和控制策略的有效性和理论分析的正确性和可行性。
上传时间： 2013-07-25
上传用户：时代将军
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，随着现代电力电子技术的迅猛发展，逆变电源在许多领域的应用也越来越广泛，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。逆变电源输出波形质量主要包括三个方面：一是输出稳定精度高；二是动态性能好；三是带负载适应性强。因此开发既具有结构简单，又具有优良动、静态性能和负载适应性的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。本文对逆变电源三闭环控制方案、输出相位控制、逆变电源数字化控制系统进行研究，以期得到具有高品质和高可靠性的逆变电源。 本文研究了单相全桥逆变电源与三相桥式逆变电源主电路参数，包括逆变器、吸收电路、驱动电路、变压器和滤波器，并对逆变电源变压器的偏磁产生原因进行了深入分析，最后给出了有效的抗偏磁措施。针对三相桥式逆变电源通常不能保证三相电压输出平衡，研究了一种可以带不平衡负载的三相逆变电源。研究了逆变电源的控制原理，建立了逆变电源系统动态模型，在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究，从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。另外，针对逆变电源输出相位存在固有滞后问题，采用了一种利用电压瞬时值内环对逆变电源滞后的相角进行补偿控制的策略，分析表明上述控制策略虽然有效，但无法做到输出相角稳态无差，对此，提出一种移相控制方案设想，相当于在原多环控制方案的基础上加了一个相位控制环。这样可以使逆变电源输出相位误差得到有效的补偿，输出相位精度更高。文章设计了逆变电源数字控制系统，采用TMS320LF2407A控制产生SPWM波，给出控制系统DSP程序运行流程图，并用DSP对其进行了实现数字化。多环反馈控制系统的采用，使系统具有优异的稳态特性、动态特性和对非线性负载的适应性，使逆变电源的性能得到有效提高。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：tianjinfan
本文介绍了埋弧焊的特点、发展过程、国内外的研究现状；分析了软开关逆变式主回路的优点、模拟电路控制系统和数字化控制系统的优缺点，指出数字化控制是逆变埋弧焊机控制的发展方向；对埋弧焊接工作原理和埋弧焊机控制系统进行分析，介绍了交流方波埋弧焊的优点；论述了变动送丝电弧控制系统的原理及影响因素，并且分析了变动送丝情况下焊接电弧的稳定性，为逆变式交流方波埋弧焊系统的设计提供了理论依据。 在分析传统交流方波埋弧焊主回路的基础上设计了主回路结构，对主回路中一次、二次逆变回路的软开关工作方式进行分析并做了简单仿真。IGBT是逆变电源的核心部件，文中论述了IGBT功率器件的选型和各种保护措施以保证系统的可靠工作。焊机工作发热量很大，本文介绍了整机和关键器件的热设计。 数字化控制方式是逆变埋弧焊机控制的发展方向，本文采用“MCU+DSP”的控制结构，对埋弧焊的整个焊接过程进行精确控制。文中详细介绍了主控制板的设计思路和电源、电流与电压反馈、控制芯片最小系统、通信与保护工作电路。焊机的工作中，各种干扰不可避免，对各种可能干扰分析的基础上在硬件电路设计和PCB板的制作中采取了相应的抗干扰措施。软件设计是焊接稳定进行的关键因素，文中介绍了控制系统中关键步骤的软件设计思路和流程并在软件的实现中采用抗干扰措施。 最后，对采用本控制系统的埋弧焊机进行初步实验，结果表明本文所设计的埋弧焊机控制系统能够满足逆变埋弧自动焊的要求，具有电路简单，控制精度高，抗干扰能力强、操作方便、工作稳定可靠等优点，提高了焊机的综合性能及自动化程度。 本课题所设计的逆变式交流方波埋弧焊电源具有良好的输出特性和控制性能，可满足埋弧自动焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、对焊接整个过程进行实时软件控制，电弧稳定，焊接效果好。 关键词：埋弧焊；交流方波；逆变；软开关
上传时间： 2013-06-08
上传用户：mingaili888
随着市场经济和现代化工业的发展，能源短缺和环境污染，已经成为制约人类社会健康发展的两大重要因素。新能源的开发与利用愈来愈受到重视，太阳能以其清洁环保、蕴藏丰富等优点逐步得到了开发利用。光伏逆变电源作为太阳能利用中主要的能量变换装置，是目前研究和发展的重要环节。 本课题研究的是可并网三相光伏逆变电源，以追求体积小、效率高、精度大、方便实用为目的，采用了DC—HFAC—DC—LFAC三级功率传输架构，设计中使用了SPWM技术、SVPWM技术、内高频环技术、DSP数字控制技术和数字锁相环技术等前沿实用技术。 直流DC—DC变换器采用内高频环技术，既实现了电气隔离又大大的减小了装置体积。这一部分本文不做涉及，本文所涉及的内容为本系统的DC—AC逆变电源部分，本论文的主要内容如下： 首先，分析了几种DC—AC逆变器的主电路拓扑结构，根据其优缺点与实际应用需要，选择三相四桥臂结构作为本文主电路结构，满足了电网负载的不平衡性。在选择了三相四桥臂结构的基础上，选取两种最新的SVM控制方法：基于三态滞环的瞬时空间电流相量控制法与二维空间矢量控制法，对两种方法作出详细分析比较，根据实用性原则，选取二维空间矢量控制法作为本文的控制方法。 其次，选取了主控芯片TI公司的TMS320F2812，电路中的功能尽量数字化实现，既控制了电路体积，又大大提高了系统的安全性与可靠性。设计了本系统的控制电路、驱动电路、缓冲电路、保护电路、滤波器电路等系统电路，本系统所有硬件电路均设计完毕。为了验证设计的正确性，大部分电路都用ORCAD—Pspice仿真软件进行仿真验证，小部分电路搭建实际电路，设计电路都能达到系统设计要求。 随后，简单介绍了DSP编程环境CCS。详细分析了SVPWM的工作原理，并给出二维空间矢量法在DSP中的实现方法。介绍几种MPPT方法，并选取本课题所选用的方法。 最后，给出系统仿真，分析了重点模块，得到了仿真结果。 关键词：光伏并网电源、空间矢量脉宽调制、内高频环、三相四桥臂
上传时间： 2013-05-19
上传用户：520
逆变器广泛应用于工业生产的各个方面，数字控制具有方便实现复杂算法、抗干扰性强和产品容易升级等优点，已成为未来逆变器的发展趋势。使用数字技术控制设计逆变器，控制器的性能决定了逆变系统系统的性能。然而在很多高频应用的场合，目前常用的控制器的速度往往不能完全达到要求。与传统单片机和DSP芯片相比，FPGA器件具有更高的处理速度。同时FPGA应用在数字化逆变器设计中，还可以大大简化控制系统结构，并可实现多种高速算法，具有较高的性价比。在逆变器的全数字化控制领域，FPGA具有很好的应用价值。 论文首先介绍了SPWM基本原理及其控制方式，SPWM的生成方法，并结合本课题给出了查表法生成SPWM波的一般方法，且以单相全桥逆变器为例进行了仿真。分析其的电路特点，建立PWM逆变器的统一电路模型、连续状态空间以及离散状态空间模型，在此数学模型基础上，针对逆变器研究分析了目前用于逆变器设计的各种数字控制技术、控制方案，讨论了其控制方法的优缺点，相关控制器设计的一般问题，最后比较了其优缺点，指出其存在的共性问题，总结了使用FPGA设计逆变器数字控制器的优势。然后以单相电压型PWM逆变器为控制模型采用新型模数结合现场可编程门阵列FPGA实现数字化控制器的方案，给出了纯正正弦波逆变器的设计方案。 论文详细论述了采用模数混合型FPGA作为主控芯片的高频逆变器设计方法与实现过程。系统主控芯片采用Fusion系列AFS600，世界上首个模数混合型FPGA。主要设计要点包括：逆变器硬件电路设计以及SPWM数字控制系统软件设计。外围强电电路的设计的难点在于用于前端升压的高频变压器的设计以及输出端LC滤波电感与电容的选取。另外，SPWM“H”字全桥逆变电路中的高悬浮电压也是设计中需要值得注意的重要环节。在控制系统软件设计方面，采用FPGA自上而下的设计方法，对其控制系统进行了功能划分，完成了SPWM产生器以及加入死区补偿的PWM发生器、和反馈等模块的设计。 论文的结束部分给出了设计结果，并指出了进一步的工作的思路和方向。
上传时间： 2013-05-19
上传用户：小码农lz
随着功率开关器件的进步，大量的电力电子变流装置在国民经济各领域获得了广泛应用，但是这些变流装置大部分都需要整流环节。传统的不控整流或相控整流存在网侧功率因数低、电流畸变严重等缺点。PWM整流器可实现正弦的网侧电流、单位或可调的功率因数、能量的双向流动，是一种真正意义上的“绿色环保”电力电子装置。PWM整流器可分为电压型PWM整流器(Voltage—SourceRectifier，VSR)和电流型PWM整流器(Current—SourceRectifier，CSR)。CSR具有直接控制输出电流、动态响应快、限流能力强等特点，在一些中、大功率应用场合，较之VSR，在经济和技术上更具优势。 本文针对电网电压平衡、不平衡情况、多模块直接并联几个方面，对三相CSR及其控制策略展开了深入研究，论文的主要工作和取得的创新性成果如下： 1、在电网电压平衡情况下，提出了三相CSR的直流电流非线性解耦控制策略和交流电流非线性解耦控制策略，实现了有功功率和无功功率的独立、解耦控制，获得了线性的动态响应。直流电流非线性解耦控制策略是直流电流控制和网侧无功电流控制并行的控制策略，具有较快的直流电流响应速度；交流电流非线性解耦控制策略是直流电流(或电压)控制和网侧电流控制级联的控制策略，具有结构简单，便于独立设计直流和交流控制器的特点。 2、考虑了电网电压不平衡和滤波器参数三相不对称的情况，提出了基于瞬时有功功率调节的三相CSR的不平衡补偿策略，消除了直流电流脉动分量，实现了网侧可控的功率因数和正弦的交流电流；提出了基于滑模控制的交流电流控制策略，简化了控制器结构，实现了对网侧电流的无差跟踪。 3、建立了多模块直接并联CSR的环流模型；对任一并联模块，提出了总直流电流控制器外加2个均流控制器的直流侧控制器结构，保证了流过各模块上、下桥臂的电流均相等，并且各模块仅共享总直流电流控制器输出信号，最大可能地保证了各模块控制的独立性。 4、建立了三相CSR实验系统，进行了初步的实验研究。
上传时间： 2013-04-24
上传用户：极客
随着世界能源危机的到来，太阳能光伏发电在能源结构中正在发挥着越来越大的作用。而太阳能光伏发电系统的核心部件并网逆变器的性能还需要进一步提高。为了迎合市场上对高品质、高性能、智能化并网逆变器的需求，我们将ARM+DSP架构作为并网逆变器的控制系统。本系统集成了ARM和DSP的各自的强大功能，使并网逆变器的性能和智能化水平得到了显著提高。本论文是基于山东大学鲁能实习基地“光伏并网逆变器项目”，目前已经试制出样机。本人主要负责并网逆变器控制系统的软硬件设计工作。本文主要研究内容有： @@ 1．本并网逆变器采用了内高频环逆变技术。文中详细分析了这种逆变器的优缺点，进行了充分的系统分析和论证。 @@ 2．采用MATLAB/Simulink软件对并网逆变器的控制算法进行仿真，包括前级DC-DC变换的控制算法以及后级DC-AC逆变的控制算法。通过仿真验证了所设计算法的可行性，对DSP程序开发提供了很好的指导意义。 @@ 3．本文将ARM+DSP架构作为逆变器的控制系统，并设计了相应的硬件控制系统。DSP控制板硬件系统包括AD数据采集、硬件电流保护、电源、eCAN总线，SPI总线等硬件电路。ARM板硬件系统包括SPI总线、RS232总线、RS480总线、以太网总线、LCD显示、实时时钟、键盘等硬件电路。 @@ 4．本文设计和实现了两种最大功率点跟踪控制算法：功率扰动观察法或增量电导法；孤岛检测方法采用被动式和主动式两种检测方式，被动式所采用的方法是将过/欠电压和电压相位突变检测相结合的方式，主动式采用正反馈频率偏移法；为了实现并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，使用了软件锁相环控制技术。本文分别给出了以上各种算法的控制程序流程图。 @@ 5．本文也给出了AD数据采集、eCAN总线、RS232、RS485、以太网、PWM输出等程序流程图，以及DSP和ARM之间的SPI总线通信程序流程图。并且分别给出了ARM管理机控制系统主程序流程图和DSP控制机控制系统主程序流程图。 @@ 6．最后对并网逆变器样机进行实验结果分析。结果显示：该样机基本上实现了本文提出的设计方案所应完成的各项功能，样机的性能比较理想。 @@关键词：太阳能光伏；并网逆变器；SPWM； DSP； ARM
上传时间： 2013-07-02
上传用户：windwolf2000
世界能源危机和环境恶化促使开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展成为人类当前的首要任务。而随着太阳能电池和电力电子技术的不断进步，光伏发电技术和产业不仅是当今能源的一个重要补充，更具备成为未来主要能源的潜力。当前，光伏发电不断向低成本、高效率和高功率密度方向发展，太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统。 @@ 本文主要工作是研究一种光伏发电并网/独立双模式逆变器的控制策略，这种逆变器不仅可靠性好，而且能提高可再生能源利用率。文章对光伏发电应用形式和并网逆变器的分类进行了阐述，综合考虑可靠性、工作效率和成本，选择两级全桥结构逆变器作为研究对象，该拓扑结构多应用于小型并网逆变器。 @@ 通过分析比较各种电流控制方式，选择单极性SPWM控制方式来产生本文逆变器控制信号。根据系统具体情况，在不同的运行模式下应用不同的控制策略。并网运行时，电网决定逆变器的输出电压，逆变器看作电流源，采用电流双闭环控制输出电流；独立运行时，逆变器采用电流电压闭环控制输出电压。并利用MATLAB Simulink对两种模式下工作的单相和三相逆变器进行仿真。依据瞬时无功理论，提出一种应用在三相电路的软件锁相环，仿真结果显示该锁相环锁相效果良好。 @@ 双模式逆变器在两种模式间切换的时候，容易对负载、电网和电源本身造成冲击和干扰，需要采取有效的切换控制方法来减少这种影响。本文详细分析了独立模式和并网模式之间切换过程，并对不同的切换顺序进行比较，并给出一种两种模式间无缝切换的控制方法。利用MATLAB Simulink对单相和三相逆变器两种模式间切换过程进行建模仿真，结果证明了这种模式切换方法的可行性。 @@ 介绍了以DSP（TMS320F2812）为核心的控制电路，并对部分硬件设计进行了分析，给出了部分软件流程图。 @@关键字：光伏发电系统；逆变器；并网运行；独立运行；无缝切换
上传时间： 2013-04-24
上传用户：打算打算
