特种逆变电源的设计毕业设计论文.docx

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特种逆变电源的设计毕业设计论文

特种逆变电源的设计

摘要

隧道、煤矿等场所上使用的窄轨机车上经常会用到车载空压机等辅助设备，但是机车上没有能直接供车载空压机等使用的交流电，所以就需要一个逆变电源系统把接触网的直流电逆变成交流电供给空压机等设备使用。

本文针对当前我国窄轨机车上车载空压机等辅助设备的使用现状，提出特种逆变电源的设计这个题目。

该电源系统直接利用SPWM变频控制技术，将机车接触网的直流电550V转化成频率为50HZ电压为380V的稳定三相交流电，供车载空压机等辅助设备使用。

设计的主电路采用IGBT作为主控器件，其驱动电路采用高速型EXB840驱动模块，并由AT89C51单片机和集成电路SA8282配合生成SPWM三相正弦波，作为系统的控制电路。

此电源的设计，极大地方便了生产和应用，具有极其良好的经济效益和社会效益。

结果表明，由SA8282为控制芯片的逆变电源结构简单、性能稳定可靠,适合于中、小功率的应用场合。

关键词：

SPWM，SA8282，逆变电源，单片机

THEDESIGNOFSPECIALINVERTERPOWERSUPPLY

ABSTRACT

Thenarrow-gaugetrainsoftenbeusedon-boardaircompressorandotherauxiliaryequipmentintunnelandmine,butthetraindon’tsupplyACfortheon-boardaircompressordirectly,soitisneedforapowerinverterthatcouldputtheDCintoACfortheaircompressorusing.

Inthispaper,accordingtheusingofaircompressoron-boardandotherauxiliaryequipmentonourcountry'snarrow-gaugetrain,thesubjectofthedesignofspecialinverterpowersupplyisput.TheinverterpowersystemuseSPWMinvertercontroltechnologydirectly,itcouldputtheDCwhichthevolvageis550VofOCSintoastabilityofthree-phaseACwhichthefrequencyof50HZandthevolvageof380Vforusingofaircompressorandotherauxiliaryequipment.ThemaindesignofcircuituseIGBTasamasterdevice,thedrivecircuitusehigh-speed-baseddrivemoduleofEXB840andituseAT89C51single-chipandlarge-scaleintegratedcircuitsofSA8282togeneratetheSPWMthree-phasesymmetricalsinewave,asthecontrolcircuitinthesystem.Thedesignofthepower,whichisgreatlyfacilitatestheproductionandapplication,andithasgoodeconomicandsocialbenefitsextremely.

TheresultsshowthattheinverterpowersupplystructurewhichiscontrolledbytheSA8282issimpleandgoodoutputwaveform,theperformanceisstableandreliable,anditissuitableformediumandlow-powerapplications.

Keywords:

SPWM,SA8282,inverterpowersupply,MCU

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

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所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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学位论文原创性声明

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所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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1．绪论

1.1课题背景介绍

随着科学技术和电气化铁路的高速发展，如何使电力能源的利用更加合理化，高效化，已成为急待解决的重要课题。

目前，我国窄轨机车上经常会用到车载空压机等辅助设备，但是车载空压机等设备需要工频50HZ电压380V的交流电，机车本身并没有提供，就需要把窄轨机车接触网的高压直流电转化为空压机等使用的交流电。

因此，开始在机车上采用DC550V供电系统来逐步取代原有的车轴发电机供电系统和发电车供电统，即将窄轨机车接触网的DC550V转化为三相交流电，供给车载空压机等辅助设备使用。

图1-1接触网

1.2特种逆变电源的现状及发展前景

特种逆变电源是专为窄轨机车设计的一种直流变压装置，它将窄轨接触网直流高压电通过逆变电路变成适合于机车低压系统的电压，为机车的车载空压机等设备提供电源。

逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世纪60年代，逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。

最初的逆变电源采用品闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控硅逆变电源。

由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。

随着半导体技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等等。

自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能。

由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以提高。

最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的PWM控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压有效值或平均值反馈控制的方法实现的[1]。

一般认为，逆变技术的发展可分为如下三个阶段。

1956—1980年为传统发展阶段，这个阶段的特点是，开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，输出电压波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率较低，正弦逆变技术开始出现。

1981—2000年高频化新技术阶段，这个阶段的特点是，开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以PWM为主，体积重量小，逆变效率较高，正弦波逆变技术的发展日趋完善。

2000年至今为高效低污染阶段，这个阶段的特点是以逆变的综合性能为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与PWM法并用，不再偏向追求高速开关器件与高开关频率，高效环保的逆变技术开始出现。

逆变电源之所以能得到广泛应用，是因为它能实现以下功能：

（1）逆变电源能将直流电转换为交流电；

（2）变频，逆变电源能将市电转换为用户所需频率的交流电；

（3）变相，逆变电源能将单相交流电转换为三相交流电，也能将三相交流电转换为单相交流电。

图1-2逆变电源结构图

随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对逆变器控制性能要求的提高，逆变电源也得到了深入的发展，目前，逆变电源的发展趋势主要集中在以下几个方面：

（1）高频化；

提高逆变电源的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪声，同时改善了输出电压的动态响应能力。

（2）高性能化；

高性能主要指输出电压特性的高性能。

（3）并联及模块化；

（4）小型化；

（5）输入功率因数化；

（6）数字化；

（7）智能化。

逆变电源是电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统运行的安全性和可靠性。

逆变电源问世以来引起了国内外电源界的普遍关注，现已成为具有影响力和发展前景的一项高科技产品，并广泛应用于通讯、工业设备、卫星通信设备、太阳能及风能发电领域。

近年来随着电子信息产业的高速发展，人们对逆变电源的需求与日俱增，逆变电源的开发、研制、生产已成为发展前景十分诱人的朝阳产业。

目前随着逆变电源的广泛应用，逆变电源显示了十分强大的生命力，并具有高集成度，高性能比，最简的外围电路，最佳的性能指标等特点。

逆变电源的应用，特别是特种逆变电源的应用将越来越重要。

21世纪是能源开发、资源利用与环境保护互相协调发展的世纪，能源的优化利用与清洁能源的开发，是能源资源与环境可持续发展战略的重要组成部分。

具有世界三大能源之称的石油、天然气和煤等化石燃料将逐渐被耗尽，氢能源与再生能源将逐渐取代化石燃料而成为人类使用的主题能源，这种能源的变迁将迫使发电方式产生一次大变革，使用氢能源与再生能源的高效低污染燃料电池发电方式，将成为主体发电方式。

因此，逆变电源在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位[2]。

1.3主要技术要求

（1）装置的输入电压为：

DC550V；

（2）装置的输出为：

AC380V50HZ；功率：

5KW。

1.4逆变电源的设计思路

本设计中电源系统就适用于窄轨列车接触网DC550V供电制式的窄轨机车。

其主电路采用IGBT的组合电路，提高了整个系统的效率。

该系统具有实时控制、自保护。

系统对过压、过流等故障具有功能强大的诊断系统，从而提高了系统的安全性和可靠性，同时