3kW离网型充电逆变一体机的硬件设计

发布时间：2017-08-16 20:11

  本文关键词：3kW离网型充电逆变一体机的硬件设计

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【摘要】：随着工业社会的发展,人类对能源的需求不断增大,化石能源的消耗,带来了一系列的环境问题,人类迫切需要开发利用新能源来满足日益增长的能源需求。以光伏发电为代表的新能源为人们提供了新的能量来源,论文以充电逆变一体机在光伏发电系统应用为依托,对单相离网型充电逆变一体机的硬件系统进行了研究与设计。论文首先分析了充电逆变一体机的研究背景及国内外发展现状,对比了普通UPS和充电逆变一体机的应用场合和功能特性,重点介绍了充电逆变一体机的功能以及在光伏系统中的应用,并根据充电功能和逆变功能对多种单相逆变和单相整流充电拓扑结构进行了分析比较,最终确定了一台3kW离网型充电逆变一体机的主拓扑结构及主电路参数,对主电路的各个主要关键元件进行设计选型。其次,对主电路的工作原理进行分析,确定了单极性倍频SPWM调制的方式,在此基础上分析了单相VSR的状态空间平均模型,结合主电路设计参数,利用Saber软件进行了单相SPWM逆变功能和单相SPWM整流充电功能的仿真,验证了主电路参数设计的可行性。接着,确定了以飞思卡尔K60单片机为核心的控制板硬件系统设计,详细分析了K60最小系统电路、AD采样电路、PWM驱动电路设计思想及过程,完成了主电路和控制电路的原理图及PCB设计。最后,研制了一台基于飞思卡尔K60单片机的3kW离网型充电逆变一体机的试验样机,结合软件设计部分,得出试验结果。
【关键词】：光伏系统 离网 单相VSR 单极性倍频 飞思卡尔K60
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 引言9-17
• 1.1 研究充电逆变一体机的背景和意义9-11
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 国内外研究现状9-10
• 1.1.3 研究意义10-11
• 1.2 一体机与普通UPS区别11-12
• 1.3 充电逆变一体机在光伏发电系统中的应用12-16
• 1.3.1 光伏发电系统的分类12-14
• 1.3.2 充电逆变一体机的功能及应用14-16
• 1.4 论文所做的主要工作16-17
• 第二章 充电逆变一体机主电路的研究设计17-39
• 2.1 充电逆变一体机原理和结构17-19
• 2.2 离网型光伏逆变器的拓扑结构19-24
• 2.2.1 按有无变压器隔离分类的光伏逆变器类型19-21
• 2.2.2 按逆变相数分类的光伏逆变器类型21
• 2.2.3 按能量传递级数分类的光伏逆变器类型21-22
• 2.2.4 按主电路拓扑结构分类的光伏逆变器类型22-24
• 2.3 充电逆变一体机整流充电电路设计24-25
• 2.4 充电逆变一体机主电路设计25-39
• 2.4.1 功率开关管的选型26-28
• 2.4.2 支撑电容的选型28-29
• 2.4.3 共模滤波器的设计29-32
• 2.4.4 工频变压器的选型32-34
• 2.4.5 交流侧电感LS的设计34-39
• 第三章 充电逆变一体机调制方式及主电路仿真39-52
• 3.1 充电逆变一体机SPWM调制方法39-43
• 3.1.1 单极性调制原理40-41
• 3.1.2 双极性调制原理41-42
• 3.1.3 单极性倍频调制原理42-43
• 3.2 单极性倍频SPWM调制VSR模型43-45
• 3.3 主电路的仿真45-52
• 3.3.1 SPWM逆变功能仿真45-49
• 3.3.2 SPWM整流充电功能仿真49-52
• 第四章 充电逆变一体机控制电路的设计52-69
• 4.1 控制器的选型52-53
• 4.2 K60的端口配置53-56
• 4.3 控制系统电源设计56-57
• 4.4 AD信号采集电路57-61
• 4.4.1 交流电压信号采集57-59
• 4.4.2 交流电流信号采集59-60
• 4.4.3 蓄电池电压采样60-61
• 4.5 MOSFET驱动电路61-65
• 4.5.1 自举电容的选择63
• 4.5.2 自举二极管的选择63-65
• 4.5.3 驱动电阻的选择65
• 4.6 模拟开关切换电路设计65-67
• 4.7 外部通信电路设计67-69
• 第五章 3k W充电逆变一体机样机研制及实验分析69-73
• 5.1 充电逆变一体机样机的研制69-70
• 5.2 逆变功能测试70-72
• 5.3 实验结果分析72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 个人简历79-80
• 研究成果79-80
• 附录80-81
• 1、CAN RS485通信电路图80
• 2、MOSFET驱动原理简化图80-81
• 3、AD采样电路图81

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本文编号：685278