題目要求

系統(tǒng)總體設計方案

系統(tǒng)總體設計

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、包含驅動電路在內(nèi)的全橋逆變電路、采集電路和LCL濾波組成。

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管的開關實現(xiàn)直流變交流，結構簡單，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。其中每個可控開關管反并聯(lián)了一個二極管，為感性負載提供回路。通過控制兩組開關器件的交替導通，實現(xiàn)把直流電DC轉換成交流電AC。此電路采用諧振技術，可減小開關損耗，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。

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管的開關實現(xiàn)直流變交流，結構簡單，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。結構簡單、絕緣性能好、使用壽命長。

經(jīng)過對比，互感器具備隔離功能，結構較為簡單，可在保證準確性的前提下提高安全性、優(yōu)化電路結構，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開關損耗和導通損耗，本系統(tǒng)中采用以下方式提升逆變器效率：

（1）適當減小MOSFET的開關頻率 ，過高的開關頻率會加大MOSFET的導通損耗。

（2）采用導通內(nèi)阻小的MOSFET

（3）合理的設置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)硬件設計

逆變器主電路設計

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通，以實現(xiàn)直流電轉化為正弦交流電。其電路如圖3所示。

控制方案與電路設計

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

測量電路設計

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。

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)軟件設計

本系統(tǒng)使用CW32F030C8T6作為主控芯片，對逆變器的相關參數(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。

經(jīng)歷

我們在比賽過程中遇到的最大問題是材料沒有準備充足，還有就是完整系統(tǒng)沒有第一天就搭起來，導致在這個過程，要擬合很多次數(shù)據(jù)，做了重復性的工作。還有一個就是關于并網(wǎng)的理論儲備也比較少，導致出現(xiàn)了很多本不應該出現(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