逆变式工频交变电流源研制

论文摘要

逆变电源虽然出现时间不长,但发展迅速,是一种更新换代的革命性电源,无论是可靠性还是性价比,以及高效节能方面,都将有着广阔的市场和发展前景。交变电流源在工业领域应用广泛,半导体器件、材料参数测量,低压电器性能测试,仪器仪表供电都需用到电流源。目前国内市场上宽量程工频交变电流源多采用传统线性调压器方式,精度低,响应时间长,无法满足较高要求的应用,而国外生产的电流源价格昂贵。针对上述情况,本课题研制了一款采用脉冲宽度调制功率变换技术,降压升流以及电流反馈控制技术的高精度工频交变电流源,其输出电流有效值1～100A可调,频率50～60Hz可调,电流精度1%,波形总失真度不超过3%,电流建立时间小于100ms,具有过流等保护功能。该电流源以微处理器PIC18F4620为控制核心,结合SPWM专用集成芯片SA4828,新一代复合型电力电子器件IGBT及高速A/D转换器等,使系统性能稳定、工作可靠、失真度小、分辨率高。配备有可选的GPIB及RS-485通信接口,满足组建自动化测试系统的需求。本文在阐述了逆变式工频交变电流源工作原理的基础上详细介绍了各功能模块硬件电路设计过程,包括元器件选型、电路功能说明和电路设计注意事项等。同时介绍了电流源软件设计方案,包括SA4828控制模块、输出电流采样模块、RS-485及GPIB接口通信模块的软件实现。为了对研制的逆变式工频交变电流源性能进行测试,本课题同时研制了一款基于虚拟仪器技术的交变电流源质量分析仪,能实现交变电流源三个主要技术参数:真有效值、频率和失真度的精确测量。本文给出了该分析仪的硬件、软件设计方案以及对标准电流源的测试数据。利用基于虚拟仪器技术的交变电流源质量分析仪对研制的逆变式工频交变电流源进行测试,文章最后给出了不同负载情况下输出电流的测试数据及电流波形。测试结果表明本课题研制的逆变式工频交变电流源达到设计要求,性能良好。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.1.1 逆变技术的现状及发展
• 1.1.2 逆变技术的优点
• 1.1.3 逆变技术的应用领域
• 1.1.4 逆变电源结构分类
• 1.2 本课题的意义及研究内容
• 第二章 逆变式工频交变电流源硬件设计
• 2.1 逆变式工频交变电流源硬件设计方案
• 2.2 微控制器PIC18F4620
• 2.3 全桥逆变器与SPWM 控制方式
• 2.3.1 逆变器全桥拓扑结构
• 2.3.2 功率开关管IGBT
• 2.3.3 逆变器SPWM 控制方式
• 2.4 电流源输出电流采样电路设计
• 2.4.1 霍尔电流传感器
• 2.4.2 模数转换芯片AD976
• 2.5 IGBT 过流保护电路
• 2.6 电流源远程通信接口电路
• 2.6.1 RS-485 接口
• 2.6.2 GPIB 接口
• 2.7 电流源输出滤波器设计
• 2.8 电流源输出变压器设计
• 2.9 本章小结
• 第三章 逆变式工频交变电流源软件设计
• 3.1 逆变式工频交变电流源软件设计方案
• 3.2 SPWM 波产生器SA4828 编程
• 3.2.1 SPWM 波产生器SA4828 初始化寄存器设置
• 3.2.2 SPWM 波产生器SA4828 控制寄存器设置
• 3.3 电流源输出电流精确采样
• 3.4 电流源通信程序设计
• 3.4.1 RS-485 接口通信程序设计
• 3.4.2 GPIB 接口通信程序设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 电流源质量分析
• 4.1 电流源主要技术参数
• 4.2 电流源质量分析仪设计
• 4.2.1 电流源质量分析仪硬件设计方案
• 4.2.2 电流源质量分析仪软件实现
• 4.2.3 电流源质量分析仪对标准电流源的测试结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 测试结果
• 5.1 逆变式工频交变电流源测试数据
• 5.2 逆变式工频交变电流源测试波形
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表（撰写）的论文
• 附录1 SA4828 编程
• 附录2 RS-485 通信程序
• 附录3 NAT7210 初始化程序
• 附录4 实物照片
• 致谢
• 详细摘要