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三相正弦波变频电源 Team15：周宇 吴丹青 许春晖 摘要 本系统是一个交流-直流-交流变频电源。系统以FPGA为控制核心，采用SPWM变频控制技术，实现三相正弦波变频输出。输出线电压有效值为36V，最大输出电流有效值达3A。系统还具有频率测量，电流、电压有效值测量，平均功率测量功能。 关键词：三相，正弦波，变频电源，SPWM，逆变 Abstract The system, based on FPGA, is a AC-DC-AC variable frequency power supply. The technology of SPWM frequency converting control is applied to get the output of three-phase variable frequency sine wave. The real line voltage is 36V and the maximum current（real value） output is up to 3A. The system also includes the following functions like frequency metering, measurements of real voltage and current, and the measurement of the average power. Key words: three phase, sine wave, variable frequency power supply, SPWM, invert 三相正弦波变频电源 正文目录 一、方案论证与比较 - 2 - 1.变频器控制方式 - 2 - 2.三相PWM控制信号生成 - 3 - 3.有效值测量 - 4 - 4.平均功率测量 - 4 - 二、理论分析与计算 - 5 - 1.三相桥式逆变电路原理分析 - 5 - 2.测频原理 - 5 - 3.FPGA内单相平均功率计算算法 - 6 - 三、硬件电路设计与实现 - 7 - 1.系统框图 - 7 - 2.不可控整流 - 7 - 3.三相桥式逆变电路 - 7 - 4.隔离、驱动电路 - 9 - 5.无源滤波 - 9 - 6.Y型负载 - 10 - 7.正弦波脉宽调制（SPWM）信号生成 - 10 - 8.整形 - 10 - 9.其它模块 - 11 - 四、系统软件设计 - 11 - 五、系统测试 - 12 - 1.使用仪器及型号 - 12 - 2.相电压测试 - 12 - 3.线电压测试 - 12 - 4.电流、电压功率测量电路性能 - 13 - 5.失真度测试 - 13 - 6.结论 - 13 - 一、方案论证与比较 根据题目要求，本系统是一个AC-DC-AC变频电源，变频其主要分为整流和逆变两个部分，整流部分实现AC-DC转换，逆变部分实现DC-AC转换。电源系统输出信号的频率、幅度的调节由变频器所选用的控制方式决定。 1.变频器控制方式 方案一：电流检测型变频控制，原理如图1。 电压控制：电压调节器根据VF指令和电压检测器检测所得电压输出控制信号，电流调节器根据此信号控制移相触发电路输出可移相的触发脉冲，使可控整流器输出所要求的电压。电流调节器根据电压调节器所给出的信号电流检测器检测到过流时，应使可控整流器输出电压为0，实现过流保护。 频率控制：VCP根据VF指令电压值输出相应频率信号，该信号经过计数器分频输出六路控制信号。六路信号经过脉冲变压器输出后控制逆变电路晶闸管通断，以控制输出频率。 方案二：电压检测型变频控制，原理如图2。 此方式控制方式和电流型控制方式类同，只是在整流器的控制电路中没有电流检测。 方案三：脉冲宽度调制（PWM）型变频控制，原理如图3。 此方式下整流输出电压恒定，输出频率、电压的调节由逆变器实现。逆变器由PWM信号控制，输出电压引入反馈，可调整PWM的输出。 方案一、二原理类似，均由逆变器调频，可控整流器调压，因此都需要两个可控的功率级，并且需要复杂的控制模块，电路结构复杂。方案三调频、调幅均由逆变器实现，即只有一个功率控制级，电路结构简单。逆变器在调频时实现调压，与中间环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应。不过该方案需要有相应的PWM信号生成模块。我们选择相对更易于实现并控制的方案三。 2.三相PWM控制信号生成 方案一：正弦波和三角波交点法（SPWM法），原理如图4。 采用正弦波作为调制信号，三角波作为载波。经比较产生SPWM波形。 方案二：对称规则采样法，原理如图5： 以三角波的一个周期Tc作为一个采样周期，在三角波负峰值处（tE时刻