曹永強的開題報告—修改0330定稿

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1、畢業(yè)設計(論文)開題報告學生姓名：曹永強學號：20082250學　　院：　計算機與信息工程學院　　　專業(yè)：自動化設計(論文)題目：單相數(shù)字逆變電源的研究與設計指導教師：朱俊杰（副教授）2012年3月23日畢業(yè)設計（論文）開題報告1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫1500字左右的文獻綜述（包括研究進展，選題依據(jù)、目的、意義）文獻綜述20世紀90年代以來，隨著電力電子技術飛速地發(fā)展，新型電力電子器件，高集成度、高智能化IC和新型電路拓撲不斷涌現(xiàn)，開關電源技術有了重大的進步和突破。

2、新型功率器件的開發(fā)促進了開關電源的高頻化，許多新型穩(wěn)壓電源逐漸廣泛應用于各個領域。逆變電源作為現(xiàn)代高頻開關電源的一個分支，它有著廣泛的用途,可用于各類交通工具,如汽車、各類艦船以及飛行器,在太陽能及風能發(fā)電領域,逆變電源有著不可替代的作用，許多新型電子、電氣設備，家電領域以及工業(yè)設備領域因為逆變電源的廣泛應用而有了質的飛躍。以工業(yè)焊割設備為例，經(jīng)測算，一臺400A數(shù)字逆變焊機每年可節(jié)電16825度，節(jié)約電費13292元。我國數(shù)字逆變焊割設備占整個電弧焊比重如果能在2015年從2009年的28%提高到50%

3、,按目前國內(nèi)電弧焊機容量500萬臺、設備利用率60%保守推算,每年將在全國范圍內(nèi)節(jié)約工業(yè)用電70億千瓦時（僅按替代傳統(tǒng)焊割設備產(chǎn)生的節(jié)能效應計算，未考慮焊割設備市場容量未來增長情況），相當于兩座百萬千瓦裝機容量火電廠全年發(fā)電量，可減少280萬噸標準煤消耗和700萬噸二氧化碳排放，并可為國家節(jié)約銅材約4.5萬噸、鋼材約2.8萬噸。這只是逆變電源應用的冰山一角，它的成效已是十分顯著，所以對逆變電源的研究是意義重大的。隨著對逆變電源的性能要求越來越高，高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數(shù)，低輸出阻抗；暫態(tài)響

4、應快速，穩(wěn)態(tài)精度高；穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高，電磁干擾低等。要實現(xiàn)這些功能，都離不開數(shù)字化控制技術。傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制系統(tǒng)。雖然模擬控制技術已經(jīng)非常成熟，但其存在很多固有的缺點：控制電路的元器件比較多，電路復雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路一旦設計好了，控制策略就無法改變；調試不方便，由于所采用器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點的漂移，導致系統(tǒng)參數(shù)的漂移。模擬方式很難實現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個熱點。通過模擬、數(shù)字(A

5、/D)轉換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在微處理器（單片機）中實現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或脈寬調制口（pulsewidthmodulation,PWM）發(fā)出開關控制信號。微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)，顯示或傳送至計算機保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲在微處理器的存儲器中，并對電路進行實時監(jiān)控，這在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能。采用數(shù)字逆變技術，可使所設計的電源具有多方面的顯著優(yōu)越性，主要為：1.可節(jié)省用電設備所需材料，明顯地減小用電設備的體積和重量。因為變壓器和電抗器在很大程度

6、上決定了用電設備體積和重量，如果我們將變壓器繞組中所加電壓的頻率大幅度提高，則變壓器繞組匝數(shù)與有效面積之積就會明顯減小，變壓器的體積和重量明顯地減小。2.節(jié)能、高效。用電設備的變壓器和電抗器的體積和重量大大減小，相應的功率損耗(主要為鐵心磁損耗和導線耗能)也隨之大幅減小，其有效功率輸出可達到90%以上。而傳統(tǒng)的用電設備有效功率輸出只有40%～60%左右，嚴重浪費電力資源。3.動特性好、控制靈活。通過控制回路可靈活地調節(jié)輸出電壓或電流的幅度和頻率，我們可以控制逆變電路的工作頻率和輸出時間的比例，從而使輸出電

7、壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設備工作的要求來靈活地變化。4.輸出電壓、電流的穩(wěn)定性好。逆變用電設備抗干擾能力強，不易受電網(wǎng)電壓波動的影響。對于微處理器的類型和控制算法的選擇是研究數(shù)字逆變電源的關鍵所在。目前普遍采用的方案是用數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessing，DSP）實現(xiàn)最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking，MPPT）算法功能，然后由單片機執(zhí)行輔助欠壓保護，過流保護等軟件的調整功能，此種方案能夠很好的實現(xiàn)MPPT算法功能，但是外圍電路比較復

8、雜，而且DSP元件的成本比較高。本設計采用STC12C5410AD單片機為主體控制電路，通過查表生成SPWM波，輸出給DC-AC全橋電路，逆變后正弦波經(jīng)過低通濾波電路送至工頻變壓器初級。單片機將信號源信號與輸出信號進行比較，通過算法實現(xiàn)頻率與相位的跟蹤。此設計方案外部器件少，電路簡單，實現(xiàn)了最大功率點跟蹤，降低了能耗。系統(tǒng)總體設計框圖如圖：圖1：系統(tǒng)設計總體框圖參考文獻[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].機械工業(yè)出版社,