2017国赛优秀作品——A题 微电网模拟系统 长沙学院

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作者：章成 陈磊 杨毅

一、系统方案
本系统主要由三相DC/AC逆变器模块、MCU模块、电流取样模块、电压取样模块等组成，下面分别论证以下几个核心模块的选择。
1.三相逆变调制方法选择
方案一：基于SPWM的三相逆变器，输出为三相正弦波，通过软件或者硬件生成SPWM驱动波形，驱动三相六桥电路中的功率开关管，得到的斩波通过滤波后输出电压波形接近正弦波。
方案二：采用空间矢量调制，能够减少调制的开关频率，降低谐波含量，提高母线电压的利用率。综合比较两个方案，方案一虽能产生正弦波，但母线利用率偏低。方案二相对于方案一不仅能提高母线利用率，还能降低谐波含量，且控制简单。综上所述，选择方案二。

2.三相逆变器模块选择
方案一：电压型三相逆变器直流侧为电压源，电压型逆变器的直流电源经大电容滤波，可看作恒压源。逆变器输出电压为矩形波，输出电流近似正张波，抑制浪涌电压能力强，频率可向上、向下调节，效率高，适用于负载比较稳定的运行方式。
方案二：电流型DC/AC逆变器直流侧可看作电流源，输入端的直流电源经大电感滤波进入逆变器，逆变器的输出电流为矩形波，输出电压近似正弦波，抑制浪涌电流能力强，该拓扑结构适合用于频繁加、减速的启动型负载。
由于题目只要求逆变器对阻性负载进行供电，比较上述的优劣，容易发现方案一更具有优势，所以选择方案一。

3.电流取样模块选择
方案一：将康铜丝串入输出回路，输出电流将在康铜丝上形成压降，然后做差模放大处理，送入12位A/D测量电路。
方案二：电流取样采用TA1015-1M型电流互感器，TA1015-1M是一款将大电流信号转换为小电流信号的高精度隔离测量芯片。
综合比较两方案，由于方案一中康铜丝实际阻值不易测量且测量电路和功率电路没有进行隔离处理，而方案二电流互感器具有精度高，带负载能力强，并且具有隔离保护的特点，所以选择方案二。

4.电压取样模块选择
电压取样采用TV1013-1M型电压互感器，用于测量交流电压信号，输入额定电压为2mA时，输出额定电流为2mA。用户使用时需要将检测电压信号转换成2mA左右电流信号送给互感器，互感器副边按1:1等比输出2mA左右电流，用户在互感器输出端惊醒电压采样，得到取样的电压。

二、理论分析与计算
1.逆变器提高效率的方法
逆变器的整机效率是指逆变器将输入的直流功率转换为交流功率的比值，是关键性能指标，该比值总是小于1，这是因为道变器功率电路以及滤波器点一存在二完损耗，会消耗掉来自输入的部分能量。
提高逆变器的转换效率有多种方法，基本思路在于降低损耗，可以从以下几个方面着手。
53RANNOS管的品化。00S 产工作程导品和城出两个一作状金，当开关导通时金产生景酒损耗，当开关切换时会产生开关损耗，选择N沟道MOS管，能够在较高的频率条件下保持较低的功耗。
（2）减小驱动电路的损耗。功率MOSTET开/关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流，功率管极间电容越大，所需电流越大。在开关管进行开/关切换的中间过渡状态是有损耗的，因此要减少处于中间状态的切换时间，以减小开关损耗。
2B）城小输出温波器电感的损料。电感损耗的大小直接影响到装置的效率和性能，主要由钢损和磁芯损耗组成。酸芯损化主要由满流和感清效应产生，其大小随工作频率的升高面增加。这里采用损耗小的铁硅铝磁芯，严格按照要求绕制电感。
2吸乐导处的损耗。对PCB板进行布线时，尽量使连接功率电路的线宽加大，减小器件之间的线距。滤波电容、电感引线要尽可能短，减少功率级电流环路上的寄生电阻。

2.两台三相逆变器同时运行时的控制策略
依据题目要求需要控制与分配两台并联逆变器的输出功率，一旦稳定住主从两台逆变器的输出电压，通过控制从逆受器的输出电流控制两台逆变器的输出功率，此时电流分配是关键。电流分配方法有以下两种。
35自主分流法。采用专用的控制芯片，自动选出电流最大的一路，将该路电源作为主电源。输出电压由主电源的输出电流决定，控制DC/AC逆变器模块输出电压，使其稍稍提高。使用从电源与主电源的电压差，设定电流比，控制输出电流，达到电流分配的目的。

（2）主从分流法。在并联的两个逆变器中人为指定一个分模块为主模块，另一个被选为从模块。主模块通过一个电压环调节，稳定输出电压，从模块通过一个电流环控制输出电流。两个核块的误差电压与模块的输出电流成正比，调节从模块的输出电压就是改变两路电流比。该方法精度高，控制结构简单。
考虑到精度与控制结构，本设计采用主从分流法控制策略。

三、电路与程序设计
1.总体电路框图
主从分流法的整体电路包括主逆变器、从逆变器和两个控制环路，如图1所示。

其中，主道变器1在电压环的控制下稳定输出电压，从逆变器2在电流环的控制下调节它的输出电流，实现电流分配控制。主逆变器1的参考电压由输出电压设定，从逆变器2的参考电流指令由主逆变器1的输出电流给定。从逆变器2通过调节电流反馈环中的比例环节的K值，来分配主逆变器与从逆变器的输出电流比。

2.三相逆变器功率级
由MOS管、电感、电容和驱动芯片组成的三相逆变器功率级如图2所示。

其中，MOS管选取N沟道NCE8OH12作为功率开关管，该管Qg典型值为163nC，RDs典型值为4.9mΩ，UGs=±20V；电感选取铁硅铝磁芯电感，电容选取CBB电容。
根据要求的性能指标选择电感与电容值，其中Ud为输入直流电压，。为开关频率，fc、△ILmax为最大纹波。经计算，最终电感取1.2mH，电容取2.2UF。mH，电容取2.2F。

4.真有效值测量转换电路
AD637是AD公司生产的高准确度真有效值-直流转换芯片，输入电压有效值为0~2v时，最大非线性误差不大于0.02%。它能把外部输入的交流信号有效值变成直流信号输出，可以计算各种复杂波形的真有效值、平方值绝对值，并有分贝输出，量程为60dB。
由AD637构成的真有效值转换电路如图3所示



5.电压互感器取样电路
电压取样采用电流型TV1013-1M电压互感器，电路如图4所示，用于测量交流电压信号。



6.电流互感器取样电路
电流取样采用TA1015-1M型电流互感器，电路如图5所示。TA1015-1M是一款将大电流信号转换为小电流信号的高精度隔离电流测量芯片。

Vera

谢谢 楼主

刘小强

请问电感电容具体是如何计算的呢？

funnyb

感谢楼主

林洁榕

感谢楼主