曹永强的开题报告—修改0330定稿.doc

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 曹永强 学 号： 20082250 学院： 计算机与信息工程学院 专 业： 自动化 设计(论文)题目： 单相数字逆变电源的研究与设计 指导教师： 朱俊杰（副教授） 2012 年 3 月 23 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写1500字左右的文献综述（包括研究进展，选题依据、目的、意义）文 献 综 述20世纪90年代以来，随着电力电子技术飞速地发展，新型电力电子器件，高集成度、高智能化IC和新型电路拓扑不断涌现，开关电源技术有了重大的进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，许多新型稳压电源逐渐广泛应用于各个领域。逆变电源作为现代高频开关电源的一个分支，它有着广泛的用途,可用于各类交通工具,如汽车、各类舰船以及飞行器,在太阳能及风能发电领域,逆变电源有着不可替代的作用，许多新型电子、电气设备，家电领域以及工业设备领域因为逆变电源的广泛应用而有了质的飞跃。以工业焊割设备为例，经测算，一台400A数字逆变焊机每年可节电16825度，节约电费13292元。我国数字逆变焊割设备占整个电弧焊比重如果能在2015年从2009年的28%提高到50%,按目前国内电弧焊机容量500万台、设备利用率60%保守推算,每年将在全国范围内节约工业用电70亿千瓦时（仅按替代传统焊割设备产生的节能效应计算，未考虑焊割设备市场容量未来增长情况），相当于两座百万千瓦装机容量火电厂全年发电量，可减少280万吨标准煤消耗和700万吨二氧化碳排放，并可为国家节约铜材约4.5万吨、钢材约2.8万吨。这只是逆变电源应用的冰山一角，它的成效已是十分显著，所以对逆变电源的研究是意义重大的。随着对逆变电源的性能要求越来越高，高性能的逆变电源必须满足：高输入功率因数，低输出阻抗；暂态响应快速，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高，电磁干扰低等。要实现这些功能，都离不开数字化控制技术。传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比较多，电路复杂，所占的体积较大；灵活性不够，硬件电路一旦设计好了，控制策略就无法改变；调试不方便，由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点的漂移，导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联，所以逆变电源数字化控制是发展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点。通过模拟、数字(A/D)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器（单片机）中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口（pulse width modulation, PWM）发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进行实时监控，这在很大程度上提高了电路系统的性能。采用数字逆变技术，可使所设计的电源具有多方面的显著优越性，主要为：1.可节省用电设备所需材料，明显地减小用电设备的体积和重量。因为变压器和电抗器在很大程度上决定了用电设备体积和重量，如果我们将变压器绕组中所加电压的频率大幅度提高，则变压器绕组匝数与有效面积之积就会明显减小，变压器的体积和重量明显地减小。2.节能、高效 。用电设备的变压器和电抗器的体积和重量大大减小，相应的功率损耗(主要为铁心磁损耗和导线耗能)也随之大幅减小，其有效功率输出可达到90%以上。而传统的用电设备有效功率输出只有40%60%左右，严重浪费电力资源。3.动特性好、控制灵活。通过控制回路可灵活地调节输出电压或电流的幅度和频率，我们可以控制逆变电路的工作频率和输出时间的比例，从而使输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。4. 输出电压、电流的稳定性好。逆变用电设备抗干扰能力强，不易受电网电压波动的影响。对于微处理器的类型和控制算法的选择是研究数字逆变电源的关键所在。目前普遍采用的方案是用数字信号处理器（Digital Signal Processing，DSP）实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）算法功能，然后由单片机执行辅助欠压保护，过流保护等软件的调整功能，此种方案能够很好的实现MPPT算法功能，但是外围电路比较复杂，而且DSP元件的成本比较高。本设计采用STC12C5410AD单片机为主体控制电路，通过查表生成SPWM波，输出给DC-AC全桥电路，逆变后正弦波经过低通滤波电路送至工频变压器初级。单片机将信号源信号与输出信号进行比较，通过算法实现频率与相位的跟踪。此设计方案外部器件少，电路简单，实现了最大功率点跟踪，降低了能耗。系统总体设计框图如图：图1：系统设计总体框图参考文献1 王兆安，刘进军.电力电子技术M.机械工业出版社,20092 王兆安，陈桥梁.集成化是电子电力技术的发展趋势J.变流技术与电力牵引，2006(1)3 忠炎平主编.电力电子电路设计. 武汉:华中科技大学出版社,2010.44 李金伴，李捷辉.开关电源技术M.化学工业出版社,20065 胡汉才.单片机原理及接口技术M.清华大学出版社,20056 沈红卫，单片机应用系统设计分析M，北京航空航天大学出版社.20037 黄智伟编著.全国大学生电子设计竞赛系统设计. 北京:北京航空航天大学出版社,2006.128 刘万明,谢华.基于DSP控制的光伏并网发电系统设计J.电子元器件应用,2009,11(7):26-299 陈道炼.DCAC逆变技术及其应用M.机械工业出版,200310 刘胜利.现代高频开关电源实用技术M.电子工业出版社,200111 何希才新型电子电路应用实例M北京：科学出版社，2005：22-26，241-24512 张燕宾.SPWM变频调速应用技术M.机械工业出版,200113 吴忠强，王子洋，等.基于模糊自整定PI和重复控制的单相SPWM逆变电源研究J.电气传动.2005，35(7)；39-4214 雷元超.光伏电源最大功率点跟踪控制方法研究J.可再生资源，2005.1,8-1115刘凤君，正弦逆变器M,科学出版社.16 珧永平.STC12C5410AD系列单片机器件手册Z.200517赵德元.由单片机控制的单相SPWM变频器的研究J.微型机与应用,2003,3:15-17. 18 沙占友.新型单片机开关电源设计与应用技术M.电子工业出版社,200419 陈伯时. 电力拖动自动控制系统M，机械工业出版社.2010.120 Sanjaya Maniktala. Switching Power Supply Design & OptimizationM.北京：电子工业出版社,200621 Marty Brown. Power Supply Cookbook M.北京：机械工业出版社.20042本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：该课题力求做到能解决如下问题：1、实现DC-AC逆变过程，使输出交流电的正弦交流信号达到电网输出正弦交流电的效果；2、使用软件编程实现SPWM调波的方法；3、保证电路的稳定性，实现输入欠压保护与输出过流保护的功能；4、实时显示当前电压、频率等参数，并实现故障警报功能；5、电路的各个参数值达到符合的标准；拟采用的研究手段手段 本课题采用单片机为主体控制电路，软件生成SPWM波，输入给DC-AC全桥电路后经过低通滤波电路送至工频变压器初级，并且同时单片机接受经过整流放大后的信号源信号，实时采样比较进行频率的调整。同时单片机也接受反馈回来的信号进行相位比较，从而实现调整相位的功能。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见：1对“文献综述”的评语： 该生查找与阅读了一定数量与“单相数字逆变电源的研究与设计”课题相关文献，对数字式逆变电源的研究现状有比较深入的了解，对逆变电源的设计与方法有比较深入的认识，从文献综述中可见该生对此课题的实现有比较明确的思路。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果