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2023電賽A題國獎CW32 開源分享

jf_62502077 ? 來源:jf_62502077 ? 作者:jf_62502077 ? 2023-11-02 10:16 ? 次閱讀

題目要求

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系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)由兩路獨立的單項逆變控制系統(tǒng)并聯(lián)而成,組成系統(tǒng)如圖1所示。每一路由輔助電源單片機、包含驅(qū)動電路在內(nèi)的全橋逆變電路、采集電路和LCL濾波組成。
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逆變主電路的比較與選擇

方案一:半橋逆變電路

該電路通過控制上下兩個mos管的開關(guān)實現(xiàn)直流變交流,結(jié)構(gòu)簡單,使用器件少,但其輸出的交流電壓的幅值僅為直流電壓的一半,直流電壓利用率低,且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián),工作時需要控制兩個電容器電壓的均衡。

方案二:推挽式逆變電路

該電路通過控制上下兩個mos管和帶中心抽頭的變壓器實現(xiàn)直流變交流,因為帶中心抽頭變壓器的存在,導(dǎo)致系統(tǒng)的體積較大,同時增加了制作成本,而且對外產(chǎn)生的漏磁干擾很大。

方案三:全橋逆變電路

該電路主要由4個可控開關(guān)管組成,如圖2所示。全橋逆變電路中的Q1、Q4為一組,Q2、Q3為一組。其中每個可控開關(guān)管反并聯(lián)了一個二極管,為感性負(fù)載提供回路。通過控制兩組開關(guān)器件的交替導(dǎo)通,實現(xiàn)把直流電DC轉(zhuǎn)換成交流電AC。此電路采用諧振技術(shù),可減小開關(guān)損耗,提高效率,且輸出輸出電壓等于直流電壓,直流電壓的利用率高。
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由于全橋逆變電路輸出電壓等于直流電壓,直流電壓的利用率高,符合本系統(tǒng)對高效率的需求,因此本系統(tǒng)選擇方案3。

采集電路方案的比較與選擇

方案一:霍爾傳感器

該電路通過控制上下兩個mos管的開關(guān)實現(xiàn)直流變交流,結(jié)構(gòu)簡單,使用器件少,但其輸出的交流電壓的幅值僅為直流電壓的一半,直流電壓利用率低,且直流側(cè)需要兩個電容器串聯(lián),工作時需要控制兩個電容器電壓的均衡。

方案二:互感器 利用互感原理,即當(dāng)一個線圈通過交變電流時,會在另一個線圈中產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢,來測量高電壓或大電流的變化情況。互感器只能測量工頻50Hz的交流電流,不需要外接電源,輸出信號一般是AC1A或AC5A。結(jié)構(gòu)簡單、絕緣性能好、使用壽命長。

經(jīng)過對比,互感器具備隔離功能,結(jié)構(gòu)較為簡單,可在保證準(zhǔn)確性的前提下提高安全性、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu),故選用方案2。

理論分析與計算

逆變器提升效率的方法

提升逆變器效率的最有效的方式是減少電路損耗,該損耗主要來自線路損耗、MOSFET開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗,本系統(tǒng)中采用以下方式提升逆變器效率:

(1)適當(dāng)減小MOSFET的開關(guān)頻率 ,過高的開關(guān)頻率會加大MOSFET的導(dǎo)通損耗。

(2)采用導(dǎo)通內(nèi)阻小的MOSFET

(3)合理的設(shè)置LC濾波器的截止濾波,有效濾除正弦波的載波

逆變器并聯(lián)運行模式控制策略

逆變器1和逆變器2并聯(lián)的控制方法為將逆變器1視為24V恒壓源,逆變器2視為2A恒流源,即逆變器1保持恒壓模式,逆變器2保持恒流狀態(tài)。逆變器2通過dq鎖相環(huán)來跟蹤逆變器1的相位,始終保證逆變器2與逆變器1處于同頻同相的狀態(tài),進而可以實現(xiàn)逆變器的并聯(lián)模式。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

逆變器主電路設(shè)計

本系統(tǒng)以全橋逆變電路作為核心部分,通過SPWM波控制上下管的交替導(dǎo)通,以實現(xiàn)直流電轉(zhuǎn)化為正弦交流電。其電路如圖3所示。
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控制方案與電路設(shè)計

用單片機內(nèi)部比較器產(chǎn)生所需要的SPWM波形控制IR2104,以驅(qū)動全橋逆變電路工作產(chǎn)生正弦波。IR2104驅(qū)動電路如圖4所示。
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測量電路設(shè)計

電流采樣電路如圖5所示,采用INA282+電流互感器,電流互感器對交流電流進行采集,然后通過INA282進行放大50倍,并且抬升1.65V。
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電壓采樣電路如圖6所示,采用INA282+電壓互感器,電壓互感器對交流電壓進行采集,然后通過INA282進行放大50倍,并且抬升1.65V。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)使用CW32F030C8T6作為主控芯片,對逆變器的相關(guān)參數(shù)進行ADC采集分析,實現(xiàn)pid閉環(huán)控制,產(chǎn)生SPWM波,其中逆變器1、2的程序框圖分別如圖7、8所示。
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經(jīng)歷

我們在比賽過程中遇到的最大問題是材料沒有準(zhǔn)備充足,還有就是完整系統(tǒng)沒有第一天就搭起來,導(dǎo)致在這個過程,要擬合很多次數(shù)據(jù),做了重復(fù)性的工作。還有一個就是關(guān)于并網(wǎng)的理論儲備也比較少,導(dǎo)致出現(xiàn)了很多本不應(yīng)該出現(xiàn)的問題,比如并聯(lián)的時候,不用同時兩個系統(tǒng)都是電流源,否則就會出現(xiàn)不可預(yù)料的問題。比賽就是這樣,總是會出現(xiàn)一些意想不到的問題。最后,本團隊配合默契,斬獲2023國家二等獎。

審核編輯 黃宇

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