2005年全国电子设计大赛论文.docVIP

2005年全国大学生电子设计竞赛 设计与总结报告 课题：三相正弦波变频电源（G题） 参加学校：河海大学常州校区 参加学生：秦奋 张海波 胡子江 参赛时间：2005年9月7日9月日本课题的任务是设计并制作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)。变频电源框图如下图所示。 1.1.2 指标及功能要求 输出频率范围为20Hz～100Hz的三相对称交流电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当输入电压为V，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误差小于5%具有过流保护(输出电流有效值达3.6A时动作)、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，保护输入交流电源。发挥部分 （1）当输入电压为V，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误差小于1%（2）测量显示该电源输出电压、电流、频率功率误差小于5%（3）在50Hz以上时输出电压失真度小于5%（4）其他。 （1）在调试过程中，要注意安全； （2）不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片； （3）必要时，可以在隔离变压器前使用自耦变压器调整输入电压，可用三相电阻箱模拟负载； （4）测量失真度时，应注意输入信号的衰减以及与失真度仪的隔离等问题； （5）输出功率电流、电压具有过流保护(输出电流有效值达3.6A时动作)、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，保护输入交流电源。 图2-2 AC-DC变换电路 2.2.2.2 DC-AC变换电路 DC-AC变换电路基本设计思想是将直流电压通过正弦波调制方法得到三相正弦交流电压，实现上述功能的系统设计框图如图2-3所示。 直流（+36V） 直流（-36V） 图2-3 系统设计框图 实现图2-3电路的功率放大器采用LM3886音频功率放大器，典型电路如图2-4所示。LM3886是美国国家半导体公司（NS公司）新出的一款带过压，过高温保护并且具有静噪功能的68W单声道高保真功率放大器，选择LM3886能够满足题目要求的频率范围，放大效果好。LM3886的技术指标如表1所示。 图2-4 DC-AC变换电路 参数 最小值 典型值 最大值 单位 电源电压（双电源） ±10 ±15 ±42 V 静态电流（P0=0W） 30 50 85 mA 输出功率 60 68 135 W 增益带宽 2 8 MHz 开环电压增益 90 115 dB 转折速率 8 19 V/us 信噪比 92.5 110 dB 输出电流 7 11.5 A THD+N 0.03 0.05 0.06 % LM3886在供电电压为10V以上时即可工作，本系统采用±36V供电，由单片机产生的三相正弦信号分别经三路LM3886进行功率放大，电压放大倍数为A=R6/R5+1≈20。 2.2.3 A/D采集模块的设计 A/D采集模块主要是实现采集三相负载出来的三相正弦模拟信号并转换为数字信号。实现该功能电路框图如图2-5所示。 图2-5 A/D采集模块 电路的工作原理： 电压变换电路作用是减小输入信号，以得到后续单片机电平（5V范围），本电路选用康铜丝电阻分压方法实现。由于康铜丝电阻小得到极小的分压值 运算放大器采用两级OP07（同相跟随+反相放大），放大倍数可由电位器调整。 模拟比较器采用LM339A，基准电压选择1V，由可控的稳压管TL431电路实现。该比较电路是将放大的正弦波信号与基准电压1V进行电压比较，当正弦波信号大于1V时，比较器输出高电平；当正弦波信号小于1V时，比较器输出为低电平，由此产生正弦脉冲信号。组成A/D采集电路的原理图如图2-6所示。 图2－6 A/D采集电路 为了检测有效值，常用的方法是，首先进行整流滤波，得到它的平均值；然后采用和检测直流信号一样的方法检测它的平均值；最后折算成有效值输出。由于经过整流滤波环节，当交流信号源出现短暂变化时，这种传统的检测方法就不能及时发现。当精度要求不是很高时，用比较器来检测交流信号不但具有电路简单廉价的优点，而且能够发现信号源的短暂变化，分辨率达到一个周期。 原理电路如图所示。设交流纤毫的有效值为U，周期为T，初始相位为0，交流信号经过采样变