題目要求

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由兩路獨(dú)立的單項(xiàng)逆變控制系統(tǒng)并聯(lián)而成，組成系統(tǒng)如圖1所示。每一路由輔助電源、單片機(jī)、包含驅(qū)動(dòng)電路在內(nèi)的全橋逆變電路、采集電路和LCL濾波組成。

逆變主電路的比較與選擇

方案一：半橋逆變電路

該電路通過(guò)控制上下兩個(gè)mos管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)直流變交流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，但其輸出的交流電壓的幅值僅為直流電壓的一半，直流電壓利用率低，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)需要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。

方案二：推挽式逆變電路

該電路通過(guò)控制上下兩個(gè)mos管和帶中心抽頭的變壓器實(shí)現(xiàn)直流變交流，因?yàn)閹е行某轭^變壓器的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)的體積較大，同時(shí)增加了制作成本，而且對(duì)外產(chǎn)生的漏磁干擾很大。

方案三：全橋逆變電路

該電路主要由4個(gè)可控開關(guān)管組成，如圖2所示。全橋逆變電路中的Q1、Q4為一組，Q2、Q3為一組。其中每個(gè)可控開關(guān)管反并聯(lián)了一個(gè)二極管，為感性負(fù)載提供回路。通過(guò)控制兩組開關(guān)器件的交替導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)把直流電DC轉(zhuǎn)換成交流電AC。此電路采用諧振技術(shù)，可減小開關(guān)損耗，提高效率，且輸出輸出電壓等于直流電壓，直流電壓的利用率高。

由于全橋逆變電路輸出電壓等于直流電壓，直流電壓的利用率高，符合本系統(tǒng)對(duì)高效率的需求，因此本系統(tǒng)選擇方案3。

采集電路方案的比較與選擇

方案一：霍爾傳感器

該電路通過(guò)控制上下兩個(gè)mos管的開關(guān)實(shí)現(xiàn)直流變交流，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用器件少，但其輸出的交流電壓的幅值僅為直流電壓的一半，直流電壓利用率低，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)需要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。

方案二：互感器 利用互感原理，即當(dāng)一個(gè)線圈通過(guò)交變電流時(shí)，會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，來(lái)測(cè)量高電壓或大電流的變化情況。互感器只能測(cè)量工頻50Hz的交流電流，不需要外接電源，輸出信號(hào)一般是AC1A或AC5A。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絕緣性能好、使用壽命長(zhǎng)。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，互感器具備隔離功能，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，可在保證準(zhǔn)確性的前提下提高安全性、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，故選用方案2。

理論分析與計(jì)算

逆變器提升效率的方法

提升逆變器效率的最有效的方式是減少電路損耗，該損耗主要來(lái)自線路損耗、MOSFET開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，本系統(tǒng)中采用以下方式提升逆變器效率：

（1）適當(dāng)減小MOSFET的開關(guān)頻率 ，過(guò)高的開關(guān)頻率會(huì)加大MOSFET的導(dǎo)通損耗。

（2）采用導(dǎo)通內(nèi)阻小的MOSFET

（3）合理的設(shè)置LC濾波器的截止濾波，有效濾除正弦波的載波

逆變器并聯(lián)運(yùn)行模式控制策略

逆變器1和逆變器2并聯(lián)的控制方法為將逆變器1視為24V恒壓源，逆變器2視為2A恒流源，即逆變器1保持恒壓模式，逆變器2保持恒流狀態(tài)。逆變器2通過(guò)dq鎖相環(huán)來(lái)跟蹤逆變器1的相位，始終保證逆變器2與逆變器1處于同頻同相的狀態(tài)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)逆變器的并聯(lián)模式。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

逆變器主電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以全橋逆變電路作為核心部分，通過(guò)SPWM波控制上下管的交替導(dǎo)通，以實(shí)現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)化為正弦交流電。其電路如圖3所示。

控制方案與電路設(shè)計(jì)

用單片機(jī)內(nèi)部比較器產(chǎn)生所需要的SPWM波形控制IR2104，以驅(qū)動(dòng)全橋逆變電路工作產(chǎn)生正弦波。IR2104驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。

測(cè)量電路設(shè)計(jì)

電流采樣電路如圖5所示，采用INA282+電流互感器，電流互感器對(duì)交流電流進(jìn)行采集，然后通過(guò)INA282進(jìn)行放大50倍，并且抬升1.65V。

電壓采樣電路如圖6所示，采用INA282+電壓互感器，電壓互感器對(duì)交流電壓進(jìn)行采集，然后通過(guò)INA282進(jìn)行放大50倍，并且抬升1.65V。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)使用CW32F030C8T6作為主控芯片，對(duì)逆變器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行ADC采集分析，實(shí)現(xiàn)pid閉環(huán)控制，產(chǎn)生SPWM波，其中逆變器1、2的程序框圖分別如圖7、8所示。

經(jīng)歷

我們?cè)诒荣愡^(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是材料沒有準(zhǔn)備充足，還有就是完整系統(tǒng)沒有第一天就搭起來(lái)，導(dǎo)致在這個(gè)過(guò)程，要擬合很多次數(shù)據(jù)，做了重復(fù)性的工作。還有一個(gè)就是關(guān)于并網(wǎng)的理論儲(chǔ)備也比較少，導(dǎo)致出現(xiàn)了很多本不應(yīng)該出現(xiàn)的問(wèn)題，比如并聯(lián)的時(shí)候，不用同時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)都是電流源，否則就會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的問(wèn)題。比賽就是這樣，總是會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的問(wèn)題。最后，本團(tuán)隊(duì)配合默契，斬獲2023國(guó)家二等獎(jiǎng)。

審核編輯 黃宇