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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 單相逆變電源的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、各行各業(yè)自動(dòng)化水平及控制技術(shù)的發(fā)展和其對(duì)操作性能要求的提高，逆變技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，對(duì)電源的要求越來(lái)越高，因此逆變電源在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中也被廣泛的使用。目前，逆變電源技術(shù)的核心部分是逆變器和其控制部分，本作品根據(jù)其核心部分對(duì)逆變電源控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究，使該電源在控制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)起來(lái)更為容易。
- 詳細(xì)介紹：
- 使用微芯（Microchip）公司的PIC系列單片機(jī)為控制核心，在系統(tǒng)中采用兩片單片機(jī)分別完成檢測(cè)和控制，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠；釬對(duì)電壓瞬時(shí)值相位補(bǔ)償控制方案無(wú)法做到使逆變電源輸出正弦波相位與標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)相位靜態(tài)無(wú)差，本文將提出一種新型的逆變電源相位控制方案，使逆變電源輸出相位做到穩(wěn)態(tài)無(wú)差。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、各行各業(yè)自動(dòng)化水平及控制技術(shù)的發(fā)展，逆變技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，對(duì)電源的要求越來(lái)越高。隨著正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)逆變技術(shù)的日益成熟，逆變電源被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。這種能量的變換對(duì)節(jié)能、減小環(huán)境污染、降低成本和提高產(chǎn)量等方面均起著非常重要的作用。 基本思路： 1、研制單項(xiàng)逆變電源。 2、制定本電源的控制方案并設(shè)計(jì)電源的主電路； 3、分析電源變壓器的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及濾波器工作原理。 4、制作逆變電源實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、本文將提出一種新型的逆變電源相位控制方案，使逆變電源輸出相位做到穩(wěn)態(tài)無(wú)差。 2、使用微芯（Microchip）公司的PIC系列單片機(jī)為控制核心，在系統(tǒng)中采用兩片單片機(jī)分別完成檢測(cè)和控制，從而提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.主電路的研究 2.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.實(shí)驗(yàn)制作與結(jié)果分析 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、采用PIC系列單片機(jī)為核心組成控制電路，實(shí)現(xiàn)從SPWM信號(hào)的產(chǎn)生到PI閉環(huán)控制的全數(shù)字化控制。通過(guò)MATLAB對(duì)其電路進(jìn)行了仿真。 2、實(shí)驗(yàn)的目的是實(shí)現(xiàn)直接逆變操作與AC/DC/AC操作。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 近年來(lái)，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的應(yīng)用深入到各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用中一般要求逆變電源具有高質(zhì)量的輸出波形。逆變電源輸出波形質(zhì)主要包括兩個(gè)方面：一是穩(wěn)態(tài)精度高；二是動(dòng)態(tài)性能好。因此研究既簡(jiǎn)又具有優(yōu)良動(dòng)、靜態(tài)性能的逆變電源控制方案，一直是電力電子領(lǐng)域的究熱點(diǎn)問(wèn)題。本電源采用MOSFET開(kāi)關(guān)管組成全橋逆變電路，再由電感、電容濾波組成該逆變電源的主電路。目前，逆變電源大多采用正弦脈寬調(diào)制，即所謂SPWM技術(shù)。其控制電路大多采用模擬方法實(shí)現(xiàn)，電路比較復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，影響精度，限制了系統(tǒng)的性能。本逆變電源以PIC單片機(jī)為核心組成控制電路，實(shí)現(xiàn)從SPWM信號(hào)的產(chǎn)生到PI閉環(huán)控制的全數(shù)字化控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2010年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 逆變電源的控制原理，建立了逆變電源系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)逆變電源的各種控制方案的性能進(jìn)行了對(duì)比研究，從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環(huán)控制方案。針對(duì)單相逆變電源系統(tǒng)提出了幾種新型控制方案，其主要內(nèi)容如下：從逆變電源輸出特性的理論分析入手，根據(jù)逆變電源的數(shù)學(xué)模型，建了單相SPWM逆變電源完整的MATLAB仿真模型。為了獲得高性能的變電源，依據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型和仿真模型，將智能控制與常規(guī)控制相合，提出了系列新型單相逆變電源設(shè)計(jì)方案：模糊自整定PI雙閉環(huán)控制計(jì)方案、模糊自整定二自由度PID控制器設(shè)計(jì)方案、模糊自整定PI控制重復(fù)控制相結(jié)合的復(fù)合控制設(shè)計(jì)方案。并且對(duì)模糊自整定PI雙閉環(huán)控制計(jì)方案進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。從大量的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可以看出輸出電壓形具有較低的總諧波畸變率(THD)，同時(shí)還獲得了良好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特，說(shuō)明了所提出的三種控制方案都能夠較好地滿足逆變電源的控制要求。
同類課題研究水平概述
- 1956年，第一只晶閘管問(wèn)世標(biāo)志著電力電子學(xué)的誕生，在這個(gè)時(shí)代，逆變器繼整流器之后開(kāi)始發(fā)展，首先出現(xiàn)的是可控硅SCR電壓源型逆變器。1961年，W．McMurrav與B．D．B edford提出了改進(jìn)型SCR強(qiáng)迫換向逆變器，為SCR逆變器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1962年，A．Kemick提出了“諧波中和消除法”，這標(biāo)志著正弦波逆變器的誕生。1963年，EG．Tumbull提出了“特定諧波消除法”，為后來(lái)的優(yōu)化PWM法奠定了基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)特定的優(yōu)化目標(biāo)，如諧波最小，效率最優(yōu)等。 20世紀(jì)80年代初，美國(guó)弗吉尼亞電力電子技術(shù)中心(VPEC)對(duì)諧振技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提出了準(zhǔn)諧振變換技術(shù)，即把LC回路在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的全諧振改變?yōu)榘胫C振或部分諧振，這才使軟開(kāi)關(guān)與PWM技術(shù)的結(jié)合成為可能，并在DC／DC變換器中普遍采用。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)研究的最終目的是實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制PWM(Pulse．Width Modulation)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，也就是將軟開(kāi)關(guān)技術(shù)引進(jìn)到PWM逆變器中，使它既能保持原來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，又能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)功能。為此，必須把LC與開(kāi)關(guān)器件組成一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，使PWM逆變器只有在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中才產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，平時(shí)則不諧振，以保持PWM逆變器的特點(diǎn)。PWM軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是當(dāng)今電力電子學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究?jī)?nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)電力電子高頻化的最佳途徑，也是一項(xiàng)理論性最強(qiáng)的研究工作。它的研究對(duì)于逆變器性能的提高和進(jìn)一步推廣應(yīng)用，以及對(duì)電力電子學(xué)技術(shù)的發(fā)展，都有十分重要的意義，是當(dāng)前逆變器的發(fā)展方向之一。
