电力电子装置及系统课程设计报告三相正弦波变频电源设计-应用文.docVIP

三相正弦波变频电源设计 1设计任务分析 设计并制作一个三相正弦波变频电源，输出频率范围为20-100Hz，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型接法）。三相正弦波变频电源原理方框图如图1-1所示。 图1-1 三相正弦波变频电源原理框图 2 三相正弦波变频电源系统设计方案选择 2.1 整流滤波电路方案选择 方案一：三相半波整流电路。该整流电路在控制角小于30°时，输出电压和输出电流波形是连续的，每个晶闸管按相序依次被触发导通，同时关断前面已经导通的晶闸管，每个晶闸管导通120°；当控制角大于30°时，输出电压，电流的波形是断续的。 方案二：三相桥式整流电路。该整流电路是由一组共阴极电路和一组共阳极电路串联组成的。三相桥式的整流电压为三相半波的两倍。 三相桥式整流电路在任何时候都有两个晶闸管导通，而且这两个晶闸管中一个是共阴极组的，一个是共阳极组的。他们同时导通，形成导电回路。 比较以上两种方案，方案二整流输出电压高，纹波电压较小且不存在断续现象，同时因电源变压器在正，负半周内部有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率高，因此选用方案二。滤波电路用于滤波整流输出电压中的纹波，采用负载电阻两端并联电容器C的方式。 2.2 逆变电路方案选择 根据题目要求，选用三相桥式逆变电路 方案一：采用电流型三相桥式逆变电路。在电流型逆变电路中，直流输入是交流整流后，由大电感滤波后形成的电流源。此电流源的交流内阻抗近似于无穷大，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电流是幅值等于输入电流的方波电流。 方案二：采用电压型三相桥式逆变电路。在电压型逆变电路中，直流电源是交流整流后，由大电容滤波后形成的电压源。此电压源的交流内阻抗近似于零，他吸收负载端的谐波无功功率。逆变电路工作时，输出电压幅值等于输入电压的方波电压。 比较以上两种方案，电流型逆变器适合单机传动，加，减速频繁运行或需要经常反向的场合。电压型逆变器适合于向多机供电，不可逆传动或稳速系统以及对快速性要求不高的场合。根据题目要求，选择方案二。 2.3 SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案选择 在给设计中，变频的核心技术是SPWM波的生成。 方案一：采用SPWM集成电路。因SPWM集成电路可输出三相彼此相位严格互差120°的调制脉冲，随意可作为三相变频电源的控制电路。这样的设计避免了应用分立元件构成SPWM波形发生器离散性，调试困难，稳定性较差。 方案二：采用AD9851DDS集成芯片。AD9851芯片由告诉DDS电路，数据输入寄存器，频率相位数据寄存器，告诉D/A转换器和比较器组成。由该芯片生成正弦波和锯齿波，利用比较器进行比较，可生成SPWM波。 方案三：利用FPGA通过编程直接生成SPWM波。利用其中分频器来改变脉冲信号的占空比和频率，主要是可通过外部按钮发出计数脉冲来改变分频预置数，实现外部动作来控制FPGA的输出信号。 比较上述3种方案，方案一是较好的一种产生SPWM波的方案，但题目中的说明中明确规定不能使用产生SPWM波形的专用芯片，所以不能采用此方案，方案二由于DDS采用全数字计数，因此会存在杂散干扰，直接影响输出信号的质量，所以此方案也未被采用，故采用方案三。 2.4 变频电源基本结构图 方案一：交流变频电源实际上是一个AC-DC-AC装置。它先将来自公共电网的交流电经过整流器变成直流电，再通过逆变器将之转变成满足负载需要的交流电，所以基本结构由整流电路，逆变电路，控制电路，负载匹配电路等几部分组成。如图2-1的开环控制方式，但这种电路在负载改变时不能达到题目发挥部分稳频，稳压的要求。 图2-1 开环结构方框图 方案二：在上面方式的基础上，从负载端引出一个反馈信号。该反馈信号经处理后送FPGA与预置数相比较，比较结构送输入端，形成一个闭环控制系统。该系统可靠性高，误差小，满足题目要求。结构方框图如图2-2所示。 图2-2 闭环结构方框图 考虑到本设计方案，选择方案二。 3三相正弦波变频电源系统组成 所设计的三相正弦波变频电源系统方框图如图3-1所示。控制方式采用单片机和FPGA共同控制的方式，由单片机AT89S52,IR12864-M液晶显示器，4×4按键构成人机界面。单片机控制IR12864-M液晶显示器4×4按键，并与FPGA的通信。FPGA作为本设计系统的主控器件，采用一块Xinlinx公司生产的Spartan 2E系列XC2S100E-6PQ208芯片，利用VHDL（超高速硬件描述语言）编程，产生PWM波河SPWM伯。同时，利用FPGA完成采集控制逻辑，显示控制逻辑，系统控制及信号分析，处理，变换等