基于单片机PWM的交流电压可控补偿器

摘要

交流调压电路已经广泛应用于工业加热、灯光控制、感应电机软启动以及风扇或水泵的速度控制等领域。目前的交流调压电路主要采用晶闸管相控调压方式,其存在的问题是输出电压谐波含量大,需要较大容量的滤波环节。而采用交流斩波器进行调压能够解决上述问题,这也是本文所要研究的重点。
　　 交流斩波调压器使用全控型开关器件MOSFET,将PWM技术应用到交流调压领域,以其动态响应速度快、线性调压范围宽、功率因数高等优点,将逐步取代晶闸管相控交流调压,并得到广泛应用。
　　 本文基于对国内外交流调压技术的发展现状及趋势的讨论,反映出传统的交流稳压电源存在效率低、触点磨损、反应时间长、稳压精度低等问题。针对目前交流稳压电源的不足,本文采用基于单片机的PWM功能,设计了一种EPWM斩波补偿式调压装置。该补偿式调压器在市电电压上叠加同、反相位的正弦波补偿电压可实现电压幅值的正负调节。硬件部分包括主电路和控制电路,主电路主要由MOSFET模块和电力二极管组成；控制电路以P89LPC935单片机芯片为核心；主电路和控制电路之间通过脉冲变压器隔离驱动。PWM控制信号由P89LPC935单片机的CCU单元控制产生,从输出端实时采样的电压信号同基准电压进行比较,偏差信号经过PI调节器控制输出电压控制信号,从而得出不同占空比的EPWM脉冲信号,驱动桥式斩波器中MOSFET动作,产生正弦补偿电压使输出电压得到稳定。
　　 该调压器的实现对大功率补偿、高可靠性、高动态性能、低谐波、低成本、无级调压技术的研究具有非常重要的意义。实验结果表明该装置具有动态性能好、稳压精度高、谐波含量低、无级补偿、电路简单、成本低等特点,具有很高的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

致谢

插图清单

第一章 绪论

1.1 交流调压技术的发展现状及发展趋势

1.1.1 国内交流调压技术的发展现状

1.1.2 国外交流调压技术的发展现状

1.1.3 交流调压技术的发展趋势

1.2 课题的产生和研究意义

1.3 本文的主要内容

第二章 斩控式交流调压器的控制方法研究

2.1 相控式与斩控式的对比分析

2.2 交流斩波调压控制方式的比较

2.3 PI控制器的设计

2.3.1 PID的控制原理

2.3.2 数字PID控制算法

2.3.3 斩控式交流调压器PI控制器的设计

2.4 小结

第三章 交流电压可控补偿器的总体方案

3.1 EPWM补偿器的基本原理

3.2 系统整机简介

3.3 系统主要器件的选择

3.3.1 补偿变压器的选择

3.3.2 功率模块的选择

3.3.3 参数采样芯片的选择

3.4 小结

第四章 交流电压可控补偿器的硬件设计

4.1 补偿器主电路硬件结构

4.1.1 单相桥式整流电路

4.1.2 交流斩波电路

4.1.3 补偿及滤波电路

4.2 单片机控制单元

4.3 电压电流检测电路

4.4 驱动电路设计

4.5 电源模块

4.6 实验电路

4.7 小结

第五章 系统软件设计

5.1 电压控制程序设计

5.2 PI控制子程序

5.3 小结

第六章 实验结果及分析

6.1 模拟实验

6.2 系统实验及结果

第七章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文