基本信息
- 项目名称：
- 单相逆变电源的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 近年来，随着电力电子技术、各行各业自动化水平及控制技术的发展和其对操作性能要求的提高，逆变技术在许多领域的应用也越来越广泛，对电源的要求越来越高，因此逆变电源在各个领域当中也被广泛的使用。目前，逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分，本作品根据其核心部分对逆变电源控制技术进行深入的研究，使该电源在控制过程中实现起来更为容易。
- 详细介绍：
- 使用微芯（Microchip）公司的PIC系列单片机为控制核心，在系统中采用两片单片机分别完成检测和控制，从而提高了系统的实时性，使系统运行更可靠；钎对电压瞬时值相位补偿控制方案无法做到使逆变电源输出正弦波相位与标准正弦信号相位静态无差，本文将提出一种新型的逆变电源相位控制方案，使逆变电源输出相位做到稳态无差。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的： 近年来，随着电力电子技术、各行各业自动化水平及控制技术的发展，逆变技术在许多领域的应用也越来越广泛，对电源的要求越来越高。随着正弦波脉宽调制(SPWM)逆变技术的日益成熟，逆变电源被广泛应用到各个领域。这种能量的变换对节能、减小环境污染、降低成本和提高产量等方面均起着非常重要的作用。 基本思路： 1、研制单项逆变电源。 2、制定本电源的控制方案并设计电源的主电路； 3、分析电源变压器的磁感应强度以及滤波器工作原理。 4、制作逆变电源实验样机，并进行实验研究。 创新点： 1、本文将提出一种新型的逆变电源相位控制方案，使逆变电源输出相位做到稳态无差。 2、使用微芯（Microchip）公司的PIC系列单片机为控制核心，在系统中采用两片单片机分别完成检测和控制，从而提高了系统的实时性。 技术关键： 1.主电路的研究 2.控制系统设计 3.实验制作与结果分析 主要技术指标： 1、采用PIC系列单片机为核心组成控制电路，实现从SPWM信号的产生到PI闭环控制的全数字化控制。通过MATLAB对其电路进行了仿真。 2、实验的目的是实现直接逆变操作与AC/DC/AC操作。
科学性、先进性
- 近年来，由于电力电子技术的发展，逆变电源的应用深入到各个领域，应用中一般要求逆变电源具有高质量的输出波形。逆变电源输出波形质主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此研究既简又具有优良动、静态性能的逆变电源控制方案，一直是电力电子领域的究热点问题。本电源采用MOSFET开关管组成全桥逆变电路，再由电感、电容滤波组成该逆变电源的主电路。目前，逆变电源大多采用正弦脉宽调制，即所谓SPWM技术。其控制电路大多采用模拟方法实现，电路比较复杂，有温漂现象，影响精度，限制了系统的性能。本逆变电源以PIC单片机为核心组成控制电路，实现从SPWM信号的产生到PI闭环控制的全数字化控制。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年国家级大学生创新性实验计划项目
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 逆变电源的控制原理，建立了逆变电源系统动态模型，在此基础上对逆变电源的各种控制方案的性能进行了对比研究，从而确定了一种新颖的高性能逆变电源多闭环控制方案。针对单相逆变电源系统提出了几种新型控制方案，其主要内容如下：从逆变电源输出特性的理论分析入手，根据逆变电源的数学模型，建了单相SPWM逆变电源完整的MATLAB仿真模型。为了获得高性能的变电源，依据所建立的数学模型和仿真模型，将智能控制与常规控制相合，提出了系列新型单相逆变电源设计方案：模糊自整定PI双闭环控制计方案、模糊自整定二自由度PID控制器设计方案、模糊自整定PI控制重复控制相结合的复合控制设计方案。并且对模糊自整定PI双闭环控制计方案进行了实验研究。从大量的仿真和实验结果中可以看出输出电压形具有较低的总谐波畸变率(THD)，同时还获得了良好的稳态和动态特，说明了所提出的三种控制方案都能够较好地满足逆变电源的控制要求。
同类课题研究水平概述
- 1956年，第一只晶闸管问世标志着电力电子学的诞生，在这个时代，逆变器继整流器之后开始发展，首先出现的是可控硅SCR电压源型逆变器。1961年，W．McMurrav与B．D．B edford提出了改进型SCR强迫换向逆变器，为SCR逆变器的发展奠定了基础。1962年，A．Kemick提出了“谐波中和消除法”，这标志着正弦波逆变器的诞生。1963年，EG．Tumbull提出了“特定谐波消除法”，为后来的优化PWM法奠定了基础，以实现特定的优化目标，如谐波最小，效率最优等。 20世纪80年代初，美国弗吉尼亚电力电子技术中心(VPEC)对谐振技术进行了改进，提出了准谐振变换技术，即把LC回路在一个开关周期中的全谐振改变为半谐振或部分谐振，这才使软开关与PWM技术的结合成为可能，并在DC／DC变换器中普遍采用。软开关技术研究的最终目的是实现脉宽调制PWM(Pulse．Width Modulation)软开关技术，也就是将软开关技术引进到PWM逆变器中，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关功能。为此，必须把LC与开关器件组成一个谐振网络，使PWM逆变器只有在开关转换过程中才产生谐振，实现软开关转换，平时则不谐振，以保持PWM逆变器的特点。PWM软开关技术是当今电力电子学领域最活跃的研究内容之一，是实现电力电子高频化的最佳途径，也是一项理论性最强的研究工作。它的研究对于逆变器性能的提高和进一步推广应用，以及对电力电子学技术的发展，都有十分重要的意义，是当前逆变器的发展方向之一。
