三相正弦波变频电源摘要：本设计由整流滤波电路、DC-AC变换器、检测模块和单片机控制及显示模块4个模块电路构成。系统以英飞凌单片机XE164FN为控制核心，采用规则采样法和DDS实现频率可变的三相交流电SPWM信号输出，实现DC-AC转换，输出频率范围为20～100HZ，输出线电压有效值为36V，最大负载电流有效值为3A。采用互感器对电压、电流进行采样以及反馈，实现了对输出线有效值的控制以及缺相和过流保护，并实时显示电压、电流、频率功率等。关键字：变频电源三相正弦波逆变正弦脉宽调制一．方案论证与比较1.1三相逆变主拓扑方案方案一：采用三个独立的单相逆变器经过一定的连接方式组成三相逆变，该系统可以三相运行，也可以单相独立运行，灵活性较高。方案二：如图1所示，采用三相三桥臂逆变电路拓扑，同一桥臂上、下两个开关管互补通、断，输出的电压经滤波后得到三相交流电。方案的选择：采用方案一所用元器件比较多，适用于高压大容量的逆变器。方案二所用元器件少，电路简单，满足题目要求，故本设计采用方案二。1.2SPWM（正弦脉宽调制）波产生方案根据题目的要求将交流电经整流后，经过逆变从而产生三相正弦波电源。而实现三相正弦波变频电源的关键在于逆变过程。对于小功率逆变电路一般都采用PWM技术，为了实现正弦波变频电源，本设计采用了SPWM技术。实现SPWM有以下几种方案。方案一：采用对称规则采样法。规则采样法一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法。方案二：采用自然采样法。以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法。其优点是所得SPWM波形最接近正弦波。方案的选择：方案二由于计算繁琐，不适用于数字控制器实现。而对于现在的控制器来说，软件可以生成一个较大的正弦表，使得计算变得简单，减轻单片机的工作量，故本设计采用方案一。1.3测量有效值电路方案方案一：信号经互感器及调理电路处理后直接连接到A/D器件，单片机控制A/D器件首先进行等间隔采样，并将采集到的数据存到RAM中，然后处理采集到的数据，可在程序中判断信号的周期，根据连续信号的离散化公式，做乘除法运算，得到信号的有效值。方案二：信号经互感器之后先经过真有效值转换芯片AD637，AD637输出信号的有效值模拟电平，然后通过A/D采集送到单片机，直接计算输出电压、电流有效值。方案三：信号经互感器之后利用峰值检测电路保持为峰值送入单片机，再用正弦波幅值和有效值的关系通过软件计算出有效值。方案的选择：方案一计算复杂，占用大量单片机资源，给单片机造成很大的负担，且精度不高。方案二需要用到真有效值转换芯片AD637，价格昂贵，成本太高。方案三电路较为复杂，但成本低，精度可以做到很高，故采用方案三。二.系统总体设计方案和实现框图2.1系统总体设计方案将市电通过隔离变压器输入到交流变频电源系统。隔离变压器的输出经过由整流桥后，产生全波整流信号，全波整流信号经过滤波生成直流电，实现AC-DC的转换。三相逆变器在单片机产生的三相SPWM脉冲的控制下产生三相交流电。逆变器的输出交流电的频率等于SPWM脉冲的基波频率，通过控制DDS模块的可控分频比，实现对调制正弦波频率的控制。逆变器输出的三相交流电经过缓冲吸收和LC滤波电路，生成三相正弦交流电。利用互感器对输出的相电压、相电流进行采样，并利用过零检测电路结合单片机的捕获端口实现频率的测量。系统根据采样值计算各相交流电的电压有效值、电流有效值，交流电的功率，并进行控制和显示。系统根据得到的各相交流电的有效值，采用PI算法，通过改变调制比控制SPWM脉冲的占空比，实现输出线电压的稳定。2.2系统实现框图图1系统框架图三.理论分析与计算3.1SPWM逆变电源的谐波分析在调制度一定，并且三相共用一个载波信号的情况下，对输出线电压进行频谱分析，可以发现输出线电压的谐波角频率为：式中，为奇数时，=1，2……；为偶数时，；；=0，1，2……；；=1，2…。由式(3-1)可知输出线电压的频谱没有载波频率的整数倍次谐波分量谐波中幅值较...
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