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数码发电机逆变电源的研制

【作 者】刘国庆

【摘 要】摘要
         
 数码发电机又称作便携式移动电源,以其灵活、方便、稳定的特点被广泛地作为备用、应急的交流电源使用。特别是在冰灾水灾以及地震等自然灾害造成供电线路无法正常工作的情况下,数码发电机可以作为备用电源向通讯系统、医疗器械等重要设备供电,从而可以保证通讯的畅通以及医疗器械等设备正常工作。目前,国内的数码发电机市场主要被国外的数码发电机厂家占领,因此研究具有自主知识产权的数码发电机控制电源,不但具有理论方面的意义,而且具有很高的工程应用价值。
 
数码发电机控制电源主要由前级部分和后级部分构成:前级部分是整流部分,其主要功能是将中频发电机输出的三相变压变频交流电变换成幅值稳定的直流电;后级部分是逆变部分,其功能是将前级整流部分提供的直流电压变换成用户需要的稳压稳频的单相交流电。论文针对数码发电机的具体要求,研制了一款数码发电机的逆变器,全文主要包括以下几个方面的内容:
 
(1)对论文的研究背景与实际意义作了阐述,对数码发电机的特点及国内外发展现状做了介绍,简单地概括了本文主要研究内容。
 
(2)结合数码发电机的具体要求,确定了逆变电源的主电路拓扑,并建立了逆变器主电路的数学模型。在分析三种 SPWM 控制方式的基础之上,通过比较这三种 SPWM 控制方式各自的优缺点,确定了本文采用单极性倍频 SPWM 控制方式。
 
(3)输出电压波形质量和动态性能是逆变电源最重要的两个性能指标,本文在研究三种改善逆变电源输出波形质量的控制方案基础之上,确定了采用重复控制作为电压外环控制方案。基于电压、电流双闭环控制的优点,在电压单环控制的基础上增加一个电感电流内环构成电流随动系统来提高逆变系统的动态性能。
 
  (4)  对重复控制基本原理、结构进行了详细地阐述,分析了重复控制的稳定性、稳态误差以及误差收敛速度等性能指标,重点研究重复控制器中补偿器的设计方法,并针对本文逆变器这一控制对象,完成了重复控制的补偿器参数设计。
 
(5)完成了整个逆变电源系统的软件和硬件设计。软件设计包括:DSP 中数字SPWM 波的实现;控制算法的软件设计。硬件设计包括:IPM 模块的选型及其驱动保护电路的设计;采样电路及信号调理电路的设计;输出滤波器 LC 参数的设计。
 
(6)搭建了一台逆变器实验样机,并对样机进行了实验分析,得到了较理想的波形,实验结果验证了本文设计方案的正确性和可行性。
 
 


【关键词】数码发电机,逆变电源,重复控制, TMS320F2812 微控制器

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