基于ARM和SOPC的EIM电性能实验用多波形逆变控制器装置研制

摘要

当前PWM(Pulse Width Modulation)控制技术广泛应用于电气设备系统。电气设备在受PWM控制时EIM(Electrical Insulation Materials EIM)和(Electrical Insulation Systems EIS)需要承受持续高频高压脉冲电,此外在一些特殊领域EIM(EIS)承受的是高频正弦波电压。因此实验室研究EIM(EIS)电性能的实验装置被要求更高,主要体现在试验电压波形包含正弦波、梯形波(三角波)、矩形波等,同时电压频率在一定范围可调。本文主要研究:基于ARM和SOPC技术实现多波形逆变信号,并且利用单相桥式逆变电路对这些信号逆变,最终实现将直流电压转换为多波形交流电压,满足实验室测试EIM(EIS)电性能的需求。主要步骤如下:
　　首先确定课题方案,详细分析半桥式逆变、全桥式逆变、推挽式逆变的基本原理,分析比较各自的优劣,并确定逆变电路主回路采用全桥式逆变结构。详细分析模拟电路、数字电路、模数结合电路产生S/T/R_PWM波的原理、方式及特点,最终确定选择数字电路产生S/T/R_PWM波作为本课题的控制方法。然后根据方案分析确定本次设计以 QuartusII9.0为软件平台、Altera公司的EPM1270T114芯片为核心的硬件平台、VHDL语言实现整个系统。其次,采用原理图、波形图、文字、公式、流程图等方式实现系统的软件设计,并通过功能仿真确定软件设计的正确性。最后,实现系统软件及硬件的统一,将程序下载到硬件系统中,利用示波器进行物理实验。通过与仿真试验结果相比较判断课题研究成果。本课题设计的多波形逆变电源设备具有以下优点:
　　(1)采用数字化技术实现的多波形逆变控制器具有数字化设计的特点:硬件电路简单,器件受老化影响小,产品易移植、易更新换代、易升级、能实现在线调试等(2)以CPLD芯片为基础,通过模块化设计,实现的多波形逆变电源频率从低频到高频可以大范围变化、脉冲宽度可调。S/T/R_PWM波通过逆变器逆变后输出的电压、电流波形误差小,无需采用其他降低正弦波谐波含量的方式,即可将正弦波谐波含量控制在规定的范围内;可以控制梯形波上升沿时间和下降沿时间及计算精确的 du/dt;可以产生占空比可调的矩形波。(3)设备输出信号稳态精度高、动态性能好、带负载能力强,并且通过改进控制算法可以提高逆变电源的性能。实验结果表明:本课题所产生的多波形逆电源频率在10Hz~20KHz可调、电压幅值可调、体积小、输出效率高。

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第1章 绪论

1.1绝缘性能试验装置研究的背景

1.2绝缘电性能试验装置的发展

1.3研究的目标

1.4.研究的技术难点

1.5 本章总结

第2章 多波形单相逆变电源原理分析

2.1 逆变电源的基本原理

2.2 PWM控制技术

2.3 SPWM逆变的基本原理

2.4 TPWM逆变原理

2.5 RPWM逆变原理

2.6 PWM脉冲的参数分析

2.7 本章总结

第3章 确定多波形控制器设计方案及开发环境

3.1 多波形逆变控制器总体方案分析

3.2开发环境的选择

3.3.开发语言的选择

3.4 本章总结

第4章 多波形控制器的设计

4.1 寄存器读取数据译码功能模块

4.2总线数据传送与转换模块

4.3系统启动信号功能模块

4.4产生频率信号功能模块

4.5产生载波信号功能模块

4.6产生调制波信号功能模块

4.7 产生PWM信号功能模块

4.8 产生死区信号功能模块

4.9产生多波形控制信号功能系统

4.10 本章总结

第5章 实验验证系统逆变器的设计

5.1逆变器总体设计

5.2.逆变器主电路设计

5.3输出滤波电路设计

5.4驱动电路

5.5 主电路硬件设计

5.4 本章小结

第6章 多波形逆变器硬件设计与实验

6.1 基于ARM和SOPC的多波形控制信号硬件系统设计

6.2 RAM系统设计

6.3实验测试设备

6.4实验测试

第7章 总结与展望

7.1设计总结

7.2课题展望

参考文献

个人简历

致谢