硕士毕业论文基于新型单片机的正弦逆变器设计

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：

论点：电压,输出,波形

论文概述：

本文是单片机论文，主要论述了逆变器的工作原理，在此基础上又了解了逆变器的发展概况，同时也分析了课题研究的背景和意思，为下一步深入的研究打下基础。

论文正文：

第一章简介

1.1简介
利用现代逆变原理和技术，逆变电源能够快速准确地调节输出信号的幅度和频率，从而达到提高电能质量、减少设备对电网的干扰、高效节能的目的。随着人们环保意识的增强和对新兴能源的重视，逆变器得到了越来越广泛的应用。主要应用领域有:变频调速、制动能量反馈、不间断电源、感应加热、变频电源、太阳能发电、风力发电、DC输电、有源滤波等。

1.2逆变器电源发展概述
第二代逆变器的特点是采用全控制器件，如功率场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、集成栅换向晶体管(IGCT)、场控晶体管(MCT)等高速器件，以及SPWM技术的应用，大大提高了逆变器的性能。然而，其缺点是非线性负载适应性差，低次谐波导致输出电压波形失真，负载突变时电压调整时间过长[3]。第三代逆变器的特点是采用小型化、高性能的新型逆变器技术。模糊控制和神经网络控制已经成为现代逆变电源的常用控制方法。这些新技术的应用使得逆变电源克服了上一代的缺点。虽然第三代逆变器也有其缺点，但它在不断改进。我相信随着科学技术的不断进步，逆变电源将在近几年有一个快速的发展。随着电力电子技术和现代控制技术的发展，逆变电源的发展趋势是向高频、低噪声、模块化、数字化、绿色化、高可靠性和新型控制策略发展，从而为未来绿色电源产品和设备的发展提供强有力的技术保障。
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第二章系统总体设计

2.1系统设计性能要求
-一个优秀的逆变电源应该能够在恶劣的环境中长时间工作，并且具有稳定和高质量，因此应该具备以下性能要求:1 .逆变器系统必须能够适应某些输入电压波动，通常允许的输入电压变化范围是其标准值的10%。2.负载过载能力强，包括稳态负载过载能力和瞬态负载过载能力。稳态负载的过载能力意味着当负载电流达到额定负载电流的1.5倍时，电路可以承受10秒以上。当负载电流达到额定负载电流的1.2倍时，逆变电源可以稳定工作5-10分钟。这反映了逆变器电源的过载保护能力。3.高输出电压精度。无论逆变器的负载如何变化，输出电压都可以在220伏土壤(1 ~ 2%)之间变化。4.高输出频率精度。正常工作条件下，逆变器电源的输出频率不得偏离标准值的1%。5.输出波形失真较小。正常情况下，输出正弦电压波形的失真不得大于3%。6.高可靠性。7.快速动态响应。正常工作条件下，动态电压和频率的最大瞬时偏差分别不超过土壤的10%和2%，电压恢复时间应小于1秒。此外，高性能、高质量的逆变电源还应具备体积小、重量轻、电磁兼容性好、成本低等基本指标。

2.2系统设计指标
标准正弦逆变电源由STM32单片机设计制造。具体参数如下:开关频率:21.5KHZ输入电压:DC48V输出电压:标准正弦交流220V土壤10V输出频率:50Hz 0.5Hz输出功率:600VA逆变器效率:90%以上。逆变器电源的开关频率选择得越高，所选滤波器元件的尺寸越小，输出电压波形越平滑，抗干扰能力越强。同时，对分布式设备的影响会更大，噪声和功耗也会相应增加。因此，为了满足主流家用电器的需求，开关频率选择在21.5千赫。
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第三章系统硬件电路设计……8
3.1硬件电路结构介绍……8
第四章系统软件部分的设计……27
4.1房车MDK综合发展环境简介……27
第五章硬件调试和结果分析……43
5.1 BR/] 5.1系统测试和结果分析........43

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第五章硬件调试和结果分析

5.1系统测试和结果分析
对于本文设计的硬件电路和软件程序，本章进行了相应的实验和测试，记录了逆变器各种条件下的波形，并对实验结果和数据进行了分析。如下图所示，本课题制作的整体逆变器包括主电路和辅助电路，DC输入电压为48V，开关频率为21.5千赫兹，示波器用于显示实验结果并保存相关波形。
软件模拟的两个互补SPWM波的死区时间为ItiS。如下图所示，可以看出输出波形良好，比值空不断变化，死区的存在阻止了两个IGBT同时导通。下图显示了程序在STM32单片机上运行后示波器观察并输出的两个SPWM波。从图5.6可以看出，空的比值不断变化，频率达到了预期的21.5KHZ要求，两个SPWM波的振幅约为3.3V..由于示波器的扫描时间设置为500毫秒，SPWM波相对密集。观察两个SPWM波的变化和死区时间的存在并不容易。因为在软件程序中，死区时间设置为1毫秒。STM32微控制器产生的SPWM波只有在证明确实存在死区的情况下才能添加到驱动芯片中。为了直观观察死区时间，将示波器的扫描时间设置为500ns，见图5.7所示的两个SPWM波，极性相反，死区时间为1-15，满足设计要求。

5.2本章概述
本章主要介绍变频器系统实验中遇到的图像和问题，以及响应问题的分析和处理。主要包括:SPWM波产生；空负载下变压器一次和二次电压输出波形；负载期间变压器初级和次级的电压输出波形；采用反馈调节后的输出电压波形；最后介绍了附加电路的运行效果。
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第六章结论和展望

对这一主题进行了研究，并完成了以下工作:1 .大量参考了国内外文献资料，充分了解了变频器的工作原理。在此基础上，了解了逆变器的发展概况，分析了课题研究的背景和意义，为进一步深入研究奠定了基础。2.基于逆变器的工作原理，对SPWM调制信号的产生进行了深入研究。同时，根据主体系统的性能指标，在STM32上生成所需的SPWM波。此外，还选择了适合本课题的控制算法和采用的网络拓扑结构。3.根据设计性能指标，对装置的参数进行分析，选择受试者的物理装置。同时，给出了系统的逆变电路、驱动电路、反馈电路和附加电路。根据设计的电路图，连接相应的物理电路。4.选择STM32F103C8B6作为控制芯片。其优越的特性非常适合本课题的逆变系统。软件设计在STM32单片机上实现，主要包括:主程序、SPWM波发生部分、采样反馈部分、显示部分和温度测量部分。根据程序的实现过程，绘制了程序流程图。5.对系统的软硬件进行了测试，并对输出结果进行了分析。同时，找出了问题的原因。最后，实验证明，本课题设计的逆变系统达到了预期目标，满足了设计要求。
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参考文献(省略)