《销售风险--完成稿2.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《销售风险--完成稿2.doc（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 毕业设计自动切换逆变电源装置设计学 院：机电工程学院专 业：电气工程及其自动化姓 名：王宇学 号：110515554指导教师：郭永设计完成日期：二一五年六月18内蒙古农业大学毕业论文设计概况逆变电源的发展与电力电子器件的发展是相互关联的，当前电力电子技术的飞速发展使得逆变电源的适用范围不断扩展，其实是电力能源变换的设备，需要借助电力电子技术，通产情况下在经济、通讯信息等地域发挥效力。主电路的研发上关键考虑对IGBT减压，这一流程经由开关频率高导通压实现。逆变电源的输入与输出都需要借助变压器这个中介，实现电气阻隔，以保证整个电路系统以及外界电网和负载都能够达到电气阻隔目的。电源保护电路通常体现
2、在过流，过压以及短路三个方面，系统在自我保护上主要借助控制电路对于主电路电压电流信号的反映上。一旦市电出现问题，负载将存在逆变电源提供电能。这种变换的实现需要借助逆变电源自动控制。也就是使电路自助变换，保证在市电和逆变电源两者之间满足负载供电变换需要。关键词：逆变电源，IGBT，自动切换，保护电路 ABSTRACTDevelopment and development of power inverter power electronic devices are interconnected, the current rapid development of power electronics
3、technology makes the scope of expanding power inverter, power inverter is essentially a device is the use of power electronics technology Energy conversion is often important in banking, telecommunications, hospitals and other advantage. The main circuit is designed generally choose to adopt high sw
4、itching frequency of the low turn-on voltage power insulated gate bipolar transistor IGBT reduced. Input and output of the inverter power transformers need the help of the agency, to achieve electrical barrier to ensure that the entire circuitry and the outside power grid and load are able to achiev
5、e the purpose of the electrical barrier. Power supply protection circuit is usually reflected in the over-current, over-voltage and short circuit three aspects of self-protection system on a major aid to reflect the main circuit voltage and current signals on the control circuit.Once the electricity
6、 problems, the load will be present to provide power inverter. Load power supply is reflected in the above-mentioned two kinds of power conversion aspects of the main use of inverter control automatic. Load electric power automation performance in the circuit automatically converted to further the a
7、ims of the load and inverter power supply mains between the conversion.Keywords: power inverter, IGBT, automatic switching, protection circuit目 录第1章 引言.4第2章 逆变电源设计方案52.1 设计背景52.1.1 逆变电源的设计思路52.1.2 逆变电源的工作原理62.2 逆变电源的逆变电路62.2.1 逆变电路62.2.2 逆变电路的驱动控制62.3 逆变电源的组成部分7第3章 逆变电源硬件结构设计73.1 逆变桥驱动器选择73.2 逆变电源硬件
8、设计83.2.1 全桥逆变电路设计83.2.2 驱动脉冲发生电路设计103.3 逆变电源稳定性设计12第4章 负载供电自动切换电路13第5章 主要元器件选择14第6章 全文总结15第7章 参考文献.17第1章 引言 现实生活中，往往出现众多的用电设备由于停电致使延误工作。联系社会现实，基于实现用电设备处于停电状态下依然能够顺利完成工作的需要，在本篇毕业设计中设计研发出一种新型电源以保证停电状态下能够实现逆变供电需要。逆变电源作为一种电能转换装置，主要原理是利用电力电子技术手段实现交流电或者是直流电的传输，接着电能变换顺利输出稳压恒频交流电。越来越多的行业对于控制技术的欣赏使其操作能力跃上新台阶
9、，继而更多的用电设施接受的电能并不出自交流电网，而是采取了多样性的变化策略促成电流变化，为众行业提供了不同的电能。逆变电源应运而生就是为了满足行业的不同电能需要制作的电能设备。作为一项综合性专业技术，逆变电源的适用范围越来越广泛，应经成为当前电力电子产业以及科研领域的 一大焦点。满足UC3524的后备式逆变电源需要输出家庭用电的稳压恒频的单相交流电，输出额定功率为1kW。配备了市电断电，超载以及短路等各种突发问题的紧急解决机制。当市电突发断电，应急处理机制就会触及内部供电自助转换电路，使内部供电成功转换到电池供电，此时逆变电源内部自助检测装置接收信号实现断电，顺利实现逆变传输。借助UC3524
10、的直流方波，实现对于桥式逆变电路工作的管理，获得方波交流电，接着借助工频变压设备获取交流电。采用了IGBT桥式逆变。第2章 逆变电源设计方案2.1 设计背景2.1.1 逆变电源的设计思路1、市电断电一旦发生，逆变电源就会向蓄电池发生转换，保证逆变电源顺利工作，接着开启逆变电路，传输交流电，实现负载供电的逆变传输，使负载的电能供应不间断。2、电能质量保证。基于确保逆变电源输出稳压恒频交流电的需求，也就是在逆变环节开启闭环管理功能，满足电能设计要求。逆变电源工作环节，图1-1。图2-1逆变电源工作程序图输出采样逆变输出逆 变市 电是否正常旁路输出负载NY2.1.2 逆变电源的工作原理市电停电情况下
11、，逆变电源会选择进行电流转化，使直流电转化为符合需要的交流电，然后经由负载提供电能，这一环节逆变电源对市电运行起到监督效果，市电运作平稳，逆变电源选择借助其他电路向负载输入电能，一旦发现市电出现故障，逆变电源选择逆变环境中转化电流为负载输入电能。2.2 逆变电源的逆变电路2.2 逆变电源的逆变电路2.2.1 逆变电路s1.全桥逆变电路下面对全桥逆变电路的原理进行介绍，如图2-2所示。在下面的图中，可以看出全桥逆变电路的运行原理，它包含的桥壁有四个，同时可以这样认为，全桥逆变电路包含了两个板桥电路。一号桥壁和四号桥壁是一个半桥电路，2号桥壁和3号桥壁是另外一个半桥电路。图2-2全桥逆变电路2.2
12、.2 逆变电路的驱动控制1、全桥逆变电路工作原理从图1-2中可以看到，在t1这个时间点之前，存在VT1、VT4的导通，这个时候负载电压为Ud，在t1这个时间点上，存在VT3、VT4的导通的相反信号，因此，电流在负载电感环境中是比较稳定的，是不可能发生瞬时的变动的。在VT3环境，电路不能够进行快速导通，而D3能够导通续流。从上面可以看到，VT1和D3是同时发生导通的，在这种情况下没有传输的电压。在t2这一时间中，VT1和VT2的栅极信号是正好相反的，在这个时间点VT1会突然停止，但是VT2还没能够导通，因此两者信号是相反的，D2是可以导通的，它和D3会形成导通，此时两者的电压为-Ud，在负载电流
13、逐渐减小并变为反向电流时，D2、D3均停止，VT2、VT3会导通，此时输出电压不发生变化。但是在t3这一时间时VT3、VT4的栅极信号会重新出现相反的情况，这个时候VT3停止，而且VT4没能够导通，不过D4可以导通续流。输出电压仍然是0。之后的逆变流程同上反复出现。2、全桥逆变开关器件的驱动在上面对全桥逆变电路的运行原理进行了介绍，在此基础上，对开关器件进行导通和断开操作，其中是借助UC3524S双端输出驱动器来实现的。2.3逆变电源的组成部分逆变电源可以细化为3各方面：1、 逆变方面。这一环节实现两种电流之间的逆变，经过UC3524实现全桥电路的导通和断开等操作控制。2、 保护及检测反馈方面
14、。在这一部分可以确保逆变电源不发生故障，可以正常的运行，出现问题时，能够实现自主维护。在蓄电池电量检测中包含了串行12位模数芯片MAX187，通过它来实现电压样本采集，进而可以确保电路的电压可以正常，以便满足标注。3、 微机方面。在这一部分中使用的是AT89S52，通过AT89S52来保证逆变电源的各项功能的正常运行，确保电源各构成部件安全运行。下面对逆变电源组成部件之间的相互关系进行介绍，如图1-3所示：微机控制显 示保护、反馈输出逆变部分蓄电池电量监测图2-3逆变电源结构原理图第3章逆变电源硬件结构设计3.1 逆变桥驱动器选择UC3524作为集成脉压调制设备，主要功能在于实现压力控制，需要
15、保证的工作条件是温度不高于70不低于0，它包含了双列直插16脚封装，最大震荡频率是300kHz，振幅是3.5V。UC3524的内部震荡周期为T=RTCT，电容的值在1000pF到0.1uF之间。它的死区时间会随着电容的大小变化而变化，电容越大，死区时间越长。根据此原理，在对振荡频率进行设置时需要先对电容容量进行设置，以便确保死区时间，在设置完电容容量之后再对振动器的输出频率进行设定。通过上面的研究分析可以得出一个结论，在这次设计中，逆变电源逆变桥驱动器选择UC3524是非常正确的。3.2 逆变电源硬件设计3.2.1 全桥逆变电路设计1、工作特性全桥逆变电路起到的作用至关重要，整个电路是通过它来
16、实现直流电变交流电的，在其中最重要的部件是IGBT，在整个电路中输出功率是由逆变桥的运行功率来决定的。2、设计原理IGBT是一种双极晶体管，它是绝缘的，它属于复合型部件，它集合了多种晶体管的优良功能，可以实现高阻抗、高效率和稳定运行的效果。1）IGBT的工作特性IGBT受到栅极正负电压管理。在添加正栅极电压之后，电路导通，在添加负栅极电压之后，电路断开，IGBT和GTO拥有相似的特点，均会随着UGE的百年大，而上衣特性曲线。下面对IGBT的伏安特性和转移特性进行介绍，如图3-1所示：图3-1 IGBT的伏安特性和转移特性IGBT的伏安特性分成多个区。本设计中，IGBT可以起到开关的作用，对器件
17、进行开闭。2）IGBT的驱动电路设计需要IGBT对驱动电路的需求如下： 可以提供正反向的电压，通过正反向电压的提供来实现器件的开关。在正电压比较大时，UGE会非常大，此时有可能导致短路，此时会产生安全隐患，因此要确保UGE的值保持在一定范围内，最好是保持在12伏到18伏之间，在这次设计中，我们把UGE的值设置为了15伏。而负偏压能够避免IGBT误导通，因此将其设置为负5伏。联系现实设定IGBT 的开关时限。提升开关速度有利于高效工作，缩减损害。处于大电感负载条件下，不应太大，避免对于IGBT以及相关元件损害。IGBT 开通后，应确保需要的电压、电流稳定，才能平稳运转，完成任务避免损害。栅极电阻
18、RG对IGBT工作性能存在强大作用。RG较大，虽然避免IGBT 的电流以及电压升高，但是不利于IGBT 的开关时间和损害；RG较小，促使电流增大，损坏IGBT。RG的具体数据与驱动电路构成与IGBT 的容量存在关联，设计中RG选阻值应适应。IGBT闭合，会同电路寄生参数扰乱栅射电压，导致器件误导通。现实条件下应该并接反向串联稳压二极管保证其稳压值和正负栅压一样，避免出现高峰。3）栅极布线规定栅级电阻RG的接入应近IGBT防止长线导致震荡出现。驱动电路输出需要借助绞合线相接(2转cm)。而且集射极电压上升IGBT会受到扰乱导致门级间电压引发器件误导通或者是直通。所以，选择下述方式解决;a、在栅射
19、极间并接最近的10k的电阻；b、在栅-射极间并联2只反串联的稳压二极管，稳定浪涌电压不超30V。全桥逆变电路图3-2：图3-2 全桥逆变电路V2与V3形成达林顿连接，强化输入信号功率，达到IGBT驱动信号功率目标。达林顿连接前，再加一级射极输出放大。本设计的逆变电源输出额定功率设定1kW，满足安全裕度，设计功率设定1.1kW。IGBT耐压值不超1300V，工作电流不超50A，实际输出功率不超1.2kW，也即是逆变电源的输出功率不超1.2kW。3.2.2 驱动脉冲发生电路设计这一环节的作用体现在给逆变桥提供驱动脉冲信号，掌控逆变桥的工作行为。选取双端输出驱动器UC3524实现脉冲驱动信号的传输。
20、1、双端输出驱动器UC3524UC3524自身存在很大的优势，其中电路设计精简，使其在逆变电源以及开关电源等环节都发挥了良好的效应。其内部电路结构见图3-3。图3-3 UC3524内部电路结构UC3524各引脚功能见表3-1。2、工作特性这一环节在整个逆变电路中占据至关重要地位，脉冲发生器UC3524按照已经设定的正当周期，会产生PWM脉冲信号，实现逆变桥的掌控，此外，逆变电源传输的反映信号将通过信息反映电路的处理，将结果传输给UC3524。除此之外，UC3524针对逆变电源实现超载以及短路保护服务。表3-1 UC3524引脚功能3、电路设计UC3524输出脉冲主要表现在两路输出上，也就是开关
21、频率是振荡器的2倍，此时的逆变输出50Hz交流电频率，那么振荡器的频率约为100Hz。脉冲器发生装置死区时间和CT存在关联，设定死区时间为10s，CT值为0.1F，按照T=RTCT，能够得出，RT=100k。为实现驱动后级信号放大管，需要将内部驱动级NPN管集电极12、13脚向上拉5K电阻得到12V的电源。接着对于5V基准电压经电阻R38、R42实现分压操作，使其成为错误检测电压接入内部差分放大器的同相输入装置。通常情况下逆变桥采用全控型器件IGBT，因此，逆变换流借助器件的全关断能力实现换流，也就是所谓的器件换流。在设计制作时候应该确保换流程序换流的不可反复性，也就是实现一路导通之前应该保证
22、另一路处于关闭状态，要不将使电路短路，换流不成功，所以，脉冲发生器预设10s的死区期间，以此保证时间条件下桥臂之间换流成功，防止短路现象。为了保证逆变输出交流电压幅值的平稳，需要采样输出电压同时将其进行电阻分压处理，提交UC3524的内部差分放大器反相输入端。如果输出电压幅值比较大的时候，此时采样电压升高差分放大装置的输出电压相反，向PWM比较器传输，将会使输出脉冲占空比缩小，同样逆变输出电压也将减小；如果输出电压幅值上升，表现出与上面完全不同。内部差分放大器的输出电压和输出脉冲占空比之间存在一定的相关关系，若输出电压是3.5V此时的脉冲占空比约占据二分之一，若输出电压下降为1.5V此时的脉冲
23、占空比约占十分之一；若输出电压是1V此时的脉冲占空比不存在，不出现驱动脉冲现象。如图3-4。图3-4 脉冲发生电路原理图3.3逆变电源稳定性设计导致逆变电源工作发生变动的因子通常体现在2个层面；首先，周围的温度条件引发逆变电源处运作变动；其次，来自逆变电源自身的因素影响。基于提升逆变电源的平稳状况，研发设计程序选择的方式如下：（1）集成器件取代分立器件。 相同电路块面，允许选择集成器件实现研发，还能够选择不同的分立设备一同研发。区别在于双方的集成器件内在更有优势，运作环节温度管理更佳，但是分立器件对于上述两项几乎是无法实现的，因此设计制作的时候，能够利用集成电路设计制作的应该选择集成电路，脉冲
24、电路研发就体现上述原则，有效地优化构成，同时还提升了工作的稳定状况。（2）物理隔离技术的应用为了实现在电网环境下保证避免多种多样的谐波或者是负载变动发生诱发的噪音影响工作，联系负载的时候，借助变压设备实现前述分隔，使上述三者之间不存在电气间联系。这种设计方法能够将逆变电源工作处于独立的条件下，有效地将外界可能带来的噪音作用降到最低，并且还能够避免因为逆变电源自身存在的各种干扰因素传输到电网环境中，导致电网受干扰。（3）双重过载确保短路维护该项设计中的逆变电源规定了明确的功率，处于运作条件下该功率较强烈，基于实现电路处于超载或者是超时条件下，电源能够有效地进行自身维护，所以双重保护应运而生。一级
25、维护过程利用互感装置实现监督，并且敏捷高效；二级维护借助以往的熔断设备实现。第4章 负载供电自动切换电路1、工作特性研发的逆变电源具有后备性，因此市电平稳运行，市电向负载输出电能；若市电运转停滞，逆变电源实现电力输送。负载输出电能实际上就是上述两者之间的资源变换。2、电路设计转化电路的关键是继电设备。市电运转良好，继电设备经由市电实现负载输送电力；当市电异常，继电设备的常闭触头关闭电源，常开触头不工作满足负载电力传输。电路原理见图4-1。联系到电路的转化是负载环节实现的，该环节呈现电弧，因此选用继电设备质量是关键，此外灭弧设计不可缺少，避免电弧损坏触头，导致触头连接不稳定给供电带来负面效果。图
26、4-61负载供电自动切换电路第5章 元器件选择第6章 全文总结现实生活中，往往出现众多的用电设备由于停电致使延误工作。联系社会现实，基于实现用电设备处于停电状态下依然能够顺利完成工作的需要，在本篇毕业设计中设计研发出一种新型电源以保证停电状态下能够实现逆变供电需要。本质上逆变电源的性能是主导，例如直流电压效能对于逆变电源的传输实力影响重大。避免过数开关有利于防止设备损害。本次设计的焦点是UC3524基础上的逆变电源，主要涉及逆变主电路的制作、脉冲和维护等几个层面。论文主要内容为：1、 基于桥式你变得优势以及提升逆变电源的效率角度出发，实现逆变主电路的构成的解剖，然后进入制作阶段。设计制作环节中
27、，功率开关器件的采纳与选用与整个逆变电源的工作状况是存在紧密联系的，开关设备选用当前使用前景最好的IGBT，同时文章还对其在现实条件下的运用需要预防的事件作出剖析。2、 给定UC3524基础上实现脉冲的发生方式，通过借助其两端的脉冲输出端口，发出脉冲波，双路脉冲相位之间差距为180度。因为UC3524输出脉冲信号功率弱，无法实现对IGBT的驱动完成工作工作，因此需要首先选择对脉冲信号的功率进行扩展，保证符合IGBT驱动需要。3、 对逆变控制系统中的控制变量的采样延时进行探究，基于缩小A/D变换过程中给逆变控制系统带来的负面效应，实施了输出电压A/D 采样手段的创新制作，保证了输出电压的信息反映
28、方面的周期性样本采集，转化实现之后需要将样本收集结果反馈给控制系统，从而有效的减轻了计算机的负荷。4、 针对电网供电的运行状况制定监控措施，同时针对电网出现问题导致的断电现象，研发制作出能够自主的转换电路的装置。电网中谐波会阻碍逆变电源的良性运作，对电网输工作监督，要借助变压设备隔阻逆变电源与电网。第7章 致谢经过几年的春秋和冬夏，我的大学即将谢幕，此时此刻，我十分想念我的老师、同学还有父母，我知道他们带给我无数的欢笑，所以我要谢谢她们。首先我要感谢我的家人，是他们在我的大学是阶段给与我无私的爱，给与我慷慨的关怀，给与我无声的支持。我要感谢我的母校。是她给我提供了在大学校园接受书香熏陶的机遇，
29、让我清醒，让我觉悟；是她给我提供了在大学图书馆知识海洋里遨游的机会，让我提高，让我进步.我的毕业论文设计经过了很长一段时间，在这段时间里我收到很多的祝福，指点以及教诲，他们是我最亲最爱的老师和同学。我的论文指导老师。老师给我带来了很多惊喜，这些惊喜让快速的长大，我能够以更加成熟的心智去面对工作，挑战生活，从设计环节开始，我的老师。就用心给我指点，选题、查询、建模等等，任何一步我走的都很幸福，是老师给予我最无私的关心，这一刻没有什么能够表达我的心声，我想告诉大家谢谢。我要感谢。老师和同学们在大学的光阴留给我的教导和勇气，使我面向阳光，开怀的笑；我会深深记住老师们上课时的文韬武略，课下时间的认真教
30、诲，是在与同学们的相处中我学会奉献，学会合作，我的生活有他们的参与，所有的故事都在眼前，时而呈现。这段时间里，我顺利度过了漫长与孤独的设计阶段，是因为有他们的陪伴，我学习生活中的挚友，希望我的老师同学们今后的生活工作万事开心，工作顺利。 第8章 参考文献1 williamH.Hayt,Jr(late),Jack E.Kemmerly(late),Steven M.Durbin.工程电路分析.北京：电子工业出版社，20032 王兆安. 电力电子技术.北京：机械工业出版社，2005.53 张伟.电路设计与制版.北京：人民邮电出版社，2004.044 张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计.北京：电子
31、工业出版社，20045 杨兴州.新颖开关变换技术.北京：国防工业出版社，20066 胡斌.电子工程师九大系统电路识图宝典.北京：人民邮电出版社，2003.017 高天光，徐振英.数模转换器应用技术.北京：科学出版社，2000.048 彭军.传感器与检测技术.西安：西安电子科技大学出版社，20089 （英）威廉斯著，周玉坤译.电路设计与技巧.北京：电子工业出版社，2006.510 李维.液晶显示应用技术.北京：电子工业出版社，2000.311 钟文耀，郑美珠.CMOS电路模拟与设计.北京：科学出版社，200112 季幼章， 电源技术的创新与发展J. 电源技术应用，200013 肖曦，王丽娜.电力电子技术基础M.北京：机械工业出版社，200914 李爱文，承慧.现代逆变技术及其应用M.北京：科学出版社，200015 胡斌等. 电子工程师必备元器件应用宝典.北京：人民邮电出版社，201216 沈刚， 王华民， 刘庆丰等. 高频大功率感应加热电源驱动电路设计J. 机 械工业出版社， 2004