开题报告-高效正弦波逆变电源的设计.doc

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院：计算机与控制工程学院专 业：电气工程及其自动化设计题目：高效正弦波逆变电源的设计指导教师: 2015年4月 2日毕 业 设 计 开 题 报 告1选题依据：1.1研究的目的和意义随着现代社会电子产品的飞速发展，人类生活中几乎每一件事情都要用到电子设备，一切电子设备都要用到电源，依靠电源提供电量。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整正弦波逆变电源是连续控制的线性正弦波逆变电源。这种传统正弦波逆变电源技术比较成熟,并且已有大量集成化的线性正弦波逆变电源模块,具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点、但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都不得和很大的滤波器1。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外,由于调整管上消耗较大的功率,所以需要采用大功率调节器整管并装有体积很大的散热器,很难满足现代电子设备发展的要求2。在近半个多世纪的发展过程中，正弦波逆变电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛的应用，正弦波逆变电源技术进入快速发展期3。1.2国内外的发展现状目前市场上正弦波逆变电源中功率管多采用双极型晶体管，开关频率可达几十千赫；采用MOSFET的正弦波逆变电源转抽象频率可达几百千赫。为提高开关频率，必须采用高速开关器件。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是正弦波逆变电源的主要发展方向4。高可靠性正弦波逆变电源的使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高的可靠性。所以，要从设计方面着眼，尽可能使较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间5。正弦波逆变电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的6。总之，人们在正弦波逆变电源技术领域里，边研究低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进并推动着正弦波逆变电源以每年过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声以及高可靠性方向发展7。现代电力电子技术的迅猛发展，使逆变电源广泛应用于各个领域，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包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强8。这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标。逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一9。逆变电源广泛应用于航空、航海、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域10。逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，到目前为止，它已经历了三个发展阶段11。第一代逆变电源是采用晶闸管(SCR)作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但换流电路复杂、噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展12。第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件相运而生它们包括可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等13。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，逆变器采用自关断器件的好处是：简化了主电路。由于自关断器件不需要换流电路，因而主电路得以简化、成本降低、可靠性提高；提高了性能。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而使逆变桥输出电压中低次谐波含量大大降低，因而使输出滤波器的尺寸得以减小，逆变电源的动态特性及对非线性负载的适应性也得以提高14。在自关断器件当中，IGBT以其开关频率高、通态压降小、驱动功率小、模块的电压电流等级高等优点已成为中小功率逆变器的首选器件。IGBT逆变电源已成为中小型逆变电源的主流。第二代逆变电源所采用的控制方法具有结构简单、容易实现的优点，但由于它所采用的SPWM控制技术只注重如何通过恰当设计开关模式来实现逆变器输出频谱的优化，没有考虑信号传输过程中开关点的变化及负载的影响，所以存在以下缺点：对非线性负载的适应性不强15。当逆变电源输出带非线性负载时，负载电流中的低次谐波电流将流过电源的内阻，引起输出电压波形畸变；死区时间的存在将使SPWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压波形发生畸变；动态特性不好。负载突变时输出电压调整时间长。之所以出现这种情况，是因为系统中仅存在电压平均值或有效值反馈，而没有瞬时值反馈；给定电压与输出电压之间的相位差受负载影响较大，在三相电源中，三相输出之间的相差不易满足120要。第三代逆变电源采用了实时反馈控制技术，使逆变电源的性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源对非线性负载的适应性不强及动态特性不好的缺点提出来的，它是近十年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断地完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种：重复控制、谐波补偿控制、无差拍控制、单一的电压瞬时值控制、带电流内环的电压瞬时值反馈控制16。其中以第五种控制方法因实现方便，逆变电源动态性能优越和对负载的适应性强等优点而被广泛采用。参考文献1 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2006. 2 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练M.北京:北京航空航天大学出版社,2006. 3 康华光.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社,2006.4Palz W. PV for the new century status and prospects for PV in EuropeJ,renwable Energy World,2000,3(2):24-265 康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社,2006. 6 徐德宏.开关电源设计指南M.北京：机械工业出版社，2004. 7 刘胜利.现代高频开关电源实用技术M.北京:电子工业出版社,2001. 8 王兆安.黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2008. 9时矗;移相调功式IGBT超音频感应加热电源的研究D;西南交通大学;2004年鞠10Muhammad Imran Hamid,Awang Jusoh.Reduction of Waveform Distortion in Gird-injection Current from Single-phase Utility Interactive PV-inverterJEnergy Conversion and Management,2014(85):212-226.11方羽;单周控制有源箝位正激变换器的研究D;广西大学;2006年12谢运祥,蒋麟征;消谐控制逆变器的输出滤波参数分析及设计J;华南理工大学学报(自然科学版);2004年05期13徐正喜;杨金成;吴大立;姜波;潘德华;基于逆变电源组网的综合电力系统保护技术研究J;船电技术;2011年07期14刘凤生;曹彪;基于DSP风力发电逆变电源的研究J;科学技术与工程;2011年20期 15X.S.Cai. renenwable Energies, Present & FuturJ.Advanced Technology Of Electrical Engineering and Energy；2005,24(1):69-7516高效率同步整流型DC-DC开关电源的研究与设计D;浙江大学;2006年 毕 业 设 计 开 题 报 告设计方案：2.1 本课题主要研究的内容（1）研究高效率正弦波逆变电源的设计、研究关于逆变器的工作原理 、工作特点以及如何选取开关器件，使得逆变效率达到最大化并且符合最大负载功率要求。 （2）研究逆变电源的设计要求，逆变主电路（3）研究逆变电源的损耗机理，优化前级驱动电路设计（PWM）、后级驱动电路设计（SPWM）、主电路设计（包括直流升压部分与H桥逆变部分）输入滤波直流升压电路滤波逆变电路输出滤波PWM驱动过流检测直流电压检测SPWM驱动交流电压检测控制电路脉宽调制电路交流输出1111三等是是交流输出输出入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。可使用“文本框工具”选项卡更改重要引述文本框的格式。直流输入2.2 本课题拟采用的研究途径 图2逆变电源系统结构图2.3设计步骤及时间安排大致为:(1) 4月1日设计逆变主电路的系统结构，设计直流升压电路。(2) 通过查阅相关资料选用合理的电子器件，以达到高效、大功率、高可靠性。(3) 根据具体要求选用合理高效的逆变控制方式并设计滤波电路。(4) 设计铺助电路、保护电路、系统抗干扰电路。将设计好的电路进行仿真调试，测量相关参数看是否符合要求并进行修改2.3研究进度3月09日-3月27日 查阅资料，了解课题背景，掌握基本技术，制定设计思路，完成开题报告。3月27日-5月20日 完成系统方案设计，完成系统仿真设计，并对结果进行分析。5月20日-6月01日 撰写毕业论文说明书并修改完善。6月01日-6月12日 翻译资料及论文修改等。6月12日-6月 日 论文答辩。 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见：1 对“选题依据”的评语：该论文的选题依据详细的阐述了高效逆变电源的时代背景，阐述了逆变电源发展现状以及未来发展的趋势，所选的题目满足课题的要求，符合大学毕业生毕业设计的要求，同时也符合学校对于毕业论文时间安排。2 对“设计方案”的评语：该设计方案详细的阐述了高效逆变电源系统结构，课题