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逆變電路的結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1是逆變電路的構(gòu)成。由蓄電池提供的直流電通過(guò)三相逆變電路變?yōu)榻涣麟?，其基波頻率是逆變電源的輸出頻率，該交流信號(hào)經(jīng)過(guò)輸出變壓器隔離，再由低通濾波器濾去諧波，獲得負(fù)載所需的三相正弦交流電。

圖1：逆變電路的結(jié)構(gòu)

在逆變電路中，逆變器及其控制是逆變電路的核心。逆變器的控制采用SPWM控制方式，本文利用SPWM波發(fā)生器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器及輸出電壓的控制。由控制器產(chǎn)生的SPWM波控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而控制輸出電壓及其波形，并使輸出電壓穩(wěn)定。

三相逆變器主電路設(shè)計(jì)

三相逆變器主電路如圖2所示，是由三相逆變橋、變壓器、濾波器組成。

逆變器開(kāi)關(guān)器件采用6單元IPM智能功率模塊。LCR低通濾波器中電感L的作用是抑制高次諧波通過(guò);電容C為逆變器產(chǎn)生的高次諧波提供旁路;電阻R起阻尼作用，防止或抑制諧波的產(chǎn)生。在市電工作中斷或者不正常時(shí)，蓄電池電壓被加到直流總線上，通過(guò)由智能功率模塊組成的逆變器，然后通過(guò)由LCR組成的濾波器和三相功率變壓器，形成相電壓為220V的三相正弦交流電給負(fù)載供電。三相逆變器的開(kāi)關(guān)器件采用日本富士公司型號(hào)為PM100CVA60六單元IPM智能功率模塊，其耐壓可達(dá)600V，集電極最大允許電流100A，安全工作區(qū)較寬，驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)頻率高、飽和壓降低。另外該模塊還具有帶過(guò)流控制、濾波器體積小、噪聲低、易散熱、可靠性高等特點(diǎn)。模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為正弦脈寬調(diào)制(SPWM)信號(hào)。

功率元件智能功率模塊IGBT-IPM是以功率器件IGBT為主體，同時(shí)把驅(qū)動(dòng)電路、多種保護(hù)電路及報(bào)警電路等功能電路集成在同一模塊內(nèi)的新型混合集成電路。用智能功率模塊作為電源的功率器件，可以簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，縮小電源體積，更主要的是提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。在選用智能功率模塊IPM時(shí)，根據(jù)電壓和電流的定額選擇。功率元件的電流定額考慮(2～3)倍的安全裕量。計(jì)算電流時(shí)應(yīng)滿足在輸入電壓波動(dòng)為最低時(shí)仍能滿足輸出功率。根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)計(jì)算功率元件的最大輸出功率、額定電流值、額定電壓值，最終選用100A/600V的智能功率模塊，型號(hào)為PM100CVA60。 逆變控制器設(shè)計(jì)

控制電路的功能主要是產(chǎn)生SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。SPWM是實(shí)現(xiàn)逆變器輸出交流電壓調(diào)節(jié)、減小輸出電壓諧波的一種控制方法。利用SPWM控制構(gòu)成的逆變器調(diào)節(jié)性能好，調(diào)節(jié)速度快，可使調(diào)節(jié)過(guò)程中頻率和電壓相配合，以獲得好的動(dòng)態(tài)性能，輸出電壓波形接近正弦。為了實(shí)現(xiàn)此功能及逆變電路的數(shù)字化，本文利用單片機(jī)和專(zhuān)用SPWM波形發(fā)生器SA4828集成電路構(gòu)成逆變控制器。該種方法軟件編程簡(jiǎn)單，應(yīng)急電源對(duì)波形產(chǎn)生的處理時(shí)間少，并能保證波形具有較高精度，而且硬件連接簡(jiǎn)單。

1、三相SPWM波形發(fā)生器SA4828

1.1、SA4828的性能特點(diǎn)

SA4828是英國(guó)MITEL公司研制出的一種專(zhuān)用于三相SPWM信號(hào)發(fā)生和控制的集成電路芯片。具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)、外圍電路簡(jiǎn)單、無(wú)溫漂等優(yōu)點(diǎn)，主要用于逆變電源、變頻調(diào)速及應(yīng)急電源等工業(yè)領(lǐng)域。芯片的主要特性是：具有增強(qiáng)型微處理器接口，可與更多單片機(jī)兼容；可以單獨(dú)調(diào)整各相輸出，可以用于任意不平衡負(fù)載；內(nèi)置“看門(mén)狗”定時(shí)器進(jìn)行監(jiān)控，程序運(yùn)行安全可靠；提供了軟復(fù)位控制功能;調(diào)制波頻率采用16位，增加了頻率的分辨率，提高了逆變器輸出頻率的精度;片內(nèi)ROM提供三種可供選擇的波形，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)合，其中能提供的純正弦波可用于靜止逆變電源和單相交流調(diào)速。

1.2、SA4828的工作原理