【摘要】：当电网负荷能力不足或停电时,单相大功率永磁汽油发电机能为大型农业养殖、农产品干燥与冷藏存储、农业灌溉以及设施农业等规模化或集中式农业生产活动提供电力保障。目前,单相大功率永磁汽油发电机的技术和市场都被日本、美国等国外公司所占据,存在产品价格高且后期维护困难等问题,而国产单相大功率电励磁式柴油发电机由于体积大和质量重又不便于移动作业,这些因素都限制了单相大功率发电机在农业生产中的应用。为了缓解目前的供需矛盾,进一步满足农业生产需求,需要对国产单相大功率永磁汽油发电机进行研究。由于单相大功率永磁汽油发电机的技术核心在于单相大功率逆变电源,其设计性能优劣在很大程度上会影响永磁汽油发电机的使用性能。因此,对单相大功率逆变电源的研究具有重要的工程价值和现实意义。本文对用于永磁汽油发电机的容量10kVA的单相大功率逆变电源开展了设计与研究。采用交-直-交的逆变方式,将永磁汽油发电机输出的三相中频交流电通过三相整流并滤波后得到直流电压,然后在以PIC18F23K20单片机为核心的数字控制系统控制下,利用全桥逆变电路和输出滤波电路得到220V/50Hz的单相正弦交流电。根据设计要求,结合理论分析,对该逆变电源硬件系统的各项参数进行了设计与计算,包括对直流侧滤波电容的参数计算,输出侧LC滤波器的参数计算,电压、电流和温度采样电路的设计;并在功率开关及其驱动设计上采用了模块化集成电路以简化硬件电路的结构和提高逆变系统的工作性能。为了获得标准的正弦交流电压,控制系统采用了SPWM(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)控制技术对功率开关管进行通断控制;对参考正弦电压进行离散化处理,然后制成表格存入单片机内部以供查询。在分析逆变电路数学模型的基础上,控制系统对逆变电源输出电压采用了闭环控制,通过采样输出电压瞬时值,对SPWM的输出占空比进行实时调节以保证输出电压的稳定;利用MATLAB搭建了额定工况下的仿真模型,仿真分析结果表明,电压瞬时值反馈控制能够提高输出电压的波形质量并达到较高的技术指标。同时,为了保证整个逆变系统的运行安全,不仅在硬件和软件上都考虑了抗干扰设计,而且控制系统还具有短路保护、欠压保护、过流保护以及过热保护功能。在对硬件和软件调试通过后,本文对单相大功率逆变电源进行了试验测试。试验结果表明,所设计的逆变电源在额定输出10kVA时的电压有效值和频率分别为220.2V和50Hz,逆变效率为91.8%,达到设计要求。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S24
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