Spwm單相逆變教學(xué)實驗裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，包括輸入輸出接口、控制模塊、檢測與驅(qū)動模塊、通訊模塊、單相逆變橋模塊和上位機，輸入輸出接口的輸入端外接直流電源，輸入輸出接口的后端連接有輸入反接保護(hù)模塊，控制模塊通過通訊模塊與上位機相連接，控制模塊通過檢測與驅(qū)動模塊與單相逆變橋模塊相連接，單相逆變橋模塊的輸出端與輸入輸出接口的輸出端相連接。本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，通過邏輯編程器件輸出不同控制模式的SPWM驅(qū)動信號，穩(wěn)定性高、成本低、使用靈活方便、便于二次開發(fā)、方便教學(xué)，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，屬于電力電子教學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]逆變是將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌l率、電壓的交流電能，應(yīng)用于交流調(diào)速、新能源發(fā)電及有源濾波等領(lǐng)域，是變流技術(shù)中應(yīng)用最為方便可靠的一個方法，因此，逆變教學(xué)是電力電子技術(shù)教學(xué)與實驗中一個重要的內(nèi)容，SPWM控制通常分為雙極性(DSPWM)、普通型單極性(USPWM)和混合型單極性(HSPWM)等控制模式，其中DSPWM控制方式簡單，但存在橋臂直通可能性高、開關(guān)損耗高等缺點；USPWM的控制方式具有實現(xiàn)簡單、橋臂直通可能性低、開關(guān)損耗較小等優(yōu)點，但也存在輸出諧波含量大的顯著缺點；HSPWM的控制的輸出諧波含量小，但實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。
[0003]目前，SPWM逆變教學(xué)實驗系統(tǒng)多采用模擬電路來實現(xiàn)，即用正弦信號和三角波信號比較來產(chǎn)生SPWM控制信號，一般為DSPWM控制，由于正弦信號和三角波信號難于整定，存在調(diào)試?yán)щy，實驗效果差，控制模式單一，開放性較差的問題，不能滿足不同控制的實驗及進(jìn)行深度開發(fā)的需要。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實用新型提供的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，設(shè)有主控芯片，通過PLD邏輯編程器件輸出不同控制模式的SPWM驅(qū)動信號，同時提供了多種信號接口，穩(wěn)定性高、成本低、使用靈活方便、便于二次開發(fā)、方便教學(xué)，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:包括輸入輸出接口、控制模塊、檢測與驅(qū)動模塊、通訊模塊、單相逆變橋模塊和上位機，所述輸入輸出接口的輸入端外接直流電源，所述輸入輸出接口的后端連接有輸入反接保護(hù)模塊，所述控制模塊通過通訊模塊與上位機相連接，所述控制模塊通過檢測與驅(qū)動模塊與單相逆變橋模塊相連接，所述單相逆變橋模塊的輸出端與輸入輸出接口的輸出端相連接。
[0007]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:還包括輔助電源模塊、繼電器、三極管，所述輔助電源模塊設(shè)有兩路直流電源輸出，所述控制模塊通過三極管與繼電器相連接，繼電器控制單相逆變橋模塊的電源接通或斷開。
[0008]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述控制模塊包括單片機、可編程邏輯控制單元、命令給定和擴展單元、顯示單元，所述單片機的控制信號通過可編程邏輯控制單元與所述檢測與驅(qū)動模塊的信號輸入端相連接，所述命令給定和擴展單元與單片機的輸入端相連接，所述單片機的顯示輸出端與顯示單元相連接。
[0009]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述檢測與驅(qū)動模塊包括檢測單元和驅(qū)動單元，所述檢測單元包括四運放芯片，所述驅(qū)動單元兩片驅(qū)動芯片。[0010]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述通訊模塊包括RS232接口和RS485接口。
[0011]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述輸入反接保護(hù)模塊包括熔斷器和二極管，所述熔斷器設(shè)置在輸入輸出接口的后端，并通過二極管接地，二極管的正極與地相連接。
[0012]前述的一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述單相逆變橋模塊為4四個MOS管單相逆變橋電路。
[0013]本實用新型的有益效果是:本實用新型提供的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，設(shè)有主控芯片，通過PLD邏輯編程器件輸出不同控制模式的SPWM驅(qū)動信號，同時提供了多種信號接口，穩(wěn)定性高、成本低、使用靈活方便、便于二次開發(fā)、方便教學(xué)，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的系統(tǒng)框圖。
[0015]圖2是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的電原理框圖。
[0016]圖3是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的控制模塊的電原理圖。
[0017]圖4是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的控制模塊的檢測與驅(qū)動模塊的電原理圖。
[0018]圖5是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的單片機輸出的SPWM信號的控制波形圖。
[0019]圖6是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的雙極性控制方式的控制波形圖。
[0020]圖7是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的USPWM控制方式的控制波形圖。
[0021]圖8是本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置的HSPWM控制方式的控制波形圖。
【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合說明書附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1所示，一種SP麗單相逆變教學(xué)實驗裝置，包括輸入輸出接口、輸出接口、控制模塊、檢測與驅(qū)動模塊、通訊模塊、單相逆變橋模塊和上位機，輸入輸出接口的輸入端外接直流電源(電壓18V-30V)，輸入接口的后端連接有輸入反接保護(hù)模塊，控制模塊通過通訊模塊與上位機相連接，控制模塊通過檢測與驅(qū)動模塊與單相逆變橋模塊相連接，單相逆變橋模塊的輸出端與輸入輸出接口的輸出端相連接。
[0024]本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，還包括輔助電源模塊、繼電器、三極管，輔助電源模塊設(shè)有兩路直流電源輸出，控制模塊通過三極管與繼電器相連接，繼電器控制單相逆變橋模塊電源的接通或斷開，輔助電源模塊通過LM2596-5和LM7815將直流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?5V和5V直流電，為電路中各元件器件提供工作電源。
[0025]所述控制模塊包括單片機、可編程邏輯控制單元、命令給定和擴展單元、顯示單元，所述單片機的控制信號通過可編程邏輯控制單元與所述檢測與驅(qū)動模塊的信號輸入端相連接，所述命令給定和擴展單元與單片機的輸入端相連接，所述單片機的顯示輸出端與顯示單元相連接。
[0026]所述檢測與驅(qū)動模塊包括檢測單元和驅(qū)動單元，所述檢測單元包括四運放芯片，所述驅(qū)動單元兩片驅(qū)動芯片。
[0027]所述通訊模塊包括RS232接口和RS485接口。
[0028]所述輸入反接保護(hù)模塊包括熔斷器和二極管，所述熔斷器設(shè)置在輸入輸出接口的后端，并通過二極管接地，二極管的正極與地相連接。
[0029]所述單相逆變橋模塊為4四個MOS管單相逆變橋電路。
[0030]下面根據(jù)具體電路圖，介紹本實用新型的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，
[0031]如圖2所示，電路圖的總接線圖，包括輸入輸出接口 J1、熔斷器F1、二極管D0、繼電器KFl和單相逆變橋模塊，還包括控制模塊、檢測與驅(qū)動模塊、通訊模塊和輔助電源模塊，所述的輸入輸出接口 Jl的4腳和3腳外接輸入直流電源(電壓18V-30V)，2腳和I腳為交流輸出端，熔斷器Fl和二極管DO構(gòu)成具有過流保護(hù)和防反接保護(hù)的輸入反接保護(hù)模塊，繼電器KFl通過三極管Q5受控于控制模塊，繼電器KFl將單相逆變橋模塊和輔助電源模塊的直流電源接通或斷開，單相逆變橋模塊由Qf Q4四個MOS管(型號可為IRF540)構(gòu)成單相逆變橋電路，控制模塊輸出的控制信號與檢測與驅(qū)動模塊的驅(qū)動單元相連，單相逆變橋模塊中的采樣電阻檢測負(fù)載電流，通過檢測單元進(jìn)行濾波放大后反饋給控制模塊內(nèi)單片機的模擬接口。
[0032]如圖3所示，本實用新型的控制模塊包括單片機、可編程邏輯控制單元，命令給定和擴展單元和顯示單元，其中單片機Ul (型號可為PIC16F876)，輸出的控制信號通過可編程邏輯控制單元內(nèi)的可編程邏輯芯片U2(型號可為ATF16V8)與檢測與驅(qū)動模塊的對應(yīng)信號端相連，單片機Ul的輸入、輸出端分別與命令給定和擴展單元和顯示單元的對應(yīng)信號端相連接，單片機Ul為最小單片機系統(tǒng)。
[0033]如圖4所示，本實用新型的檢測與驅(qū)動模塊包括檢測單元和驅(qū)動單元，檢測單元由四運放芯片U7 (型號可為MCP6004)和外圍器件構(gòu)成，電流檢測信號經(jīng)過單相逆變橋模塊的電流取樣電阻接入四運放芯片U7中的一運放放大，其輸出接單片機Ul的Ibus信號腳，該信號再經(jīng)過四運放芯片U7中的另一個運放構(gòu)成的比較電路和設(shè)定信號比較，產(chǎn)生過流信號接單片機Ul的SD信號腳，另一個運放構(gòu)成電壓基準(zhǔn)電路，輔助電源模塊輸出的直流電源電壓經(jīng)過電阻分壓產(chǎn)生電壓檢測信號接單片機Ul的Vbus信號腳；驅(qū)動單元由驅(qū)動芯片U5和U6(型號可選IR2103)及外圍器件組成，驅(qū)動單元接控制模塊輸出的控制信號(SPWM信號)，經(jīng)過驅(qū)動芯片U5和U6驅(qū)動提供給單單相逆變橋模塊內(nèi)的四個MOS管。
[0034]本實用新型的工作過程如下，采用單片機和可編程邏輯器件實現(xiàn)不同控制方式，單片機Ul的CCPl腳和CCP2腳輸出兩路信號，一路為高頻的SPWM信號，該信號以半的交流周期對稱，另一路輸出低頻信號，信號周期為期望輸出的交流周期，控制波形如圖5所示；當(dāng)命令給定和擴展單元設(shè)定為雙極性輸出，可編程邏輯芯片U2將單片機Ul的CCPl腳和CCP2腳兩路信號轉(zhuǎn)換成圖6所示的控制波形；當(dāng)命令給定和擴展單元設(shè)定為普通單極性輸出，可編程邏輯芯片U2將單片機Ul的CCPl腳和CCP2腳兩路信號轉(zhuǎn)換成圖7所示的控制波形；當(dāng)命令給定和擴展單元設(shè)定為混合單極性輸出，可編程邏輯芯片U2將單片機Ul的CCPl腳和CCP2腳兩路信號轉(zhuǎn)換成圖8所示的控制波形，其中uei，uG2, uG3, uG4分別為MOS管Q1、Q2、Q3和Q4的控制信號。
[0035]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:包括輸入輸出接口、控制模塊、檢測與驅(qū)動模塊、通訊模塊、單相逆變橋模塊和上位機，所述輸入輸出接口的輸入端外接直流電源，所述輸入輸出接口的后端連接有輸入反接保護(hù)模塊，所述控制模塊通過通訊模塊與上位機相連接，所述控制模塊通過檢測與驅(qū)動模塊與單相逆變橋模塊相連接，所述單相逆變橋模塊的輸出端與輸入輸出接口的輸出端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:還包括輔助電源模塊、繼電器、三極管，所述輔助電源模塊設(shè)有兩路直流電源輸出，所述控制模塊通過三極管與繼電器相連接，繼電器控制單相逆變橋模塊的電源接通或斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述控制模塊包括單片機、可編程邏輯控制單元、命令給定和擴展單元、顯示單元，所述單片機的控制信號通過可編程邏輯控制單元與所述檢測與驅(qū)動模塊的信號輸入端相連接，所述命令給定和擴展單元與單片機的輸入端相連接，所述單片機的顯示輸出端與顯示單元相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述檢測與驅(qū)動模塊包括檢測單元和驅(qū)動單元，所述檢測單元包括四運放芯片，所述驅(qū)動單元兩片驅(qū)動芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述通訊模塊包括 RS232 接口和 RS485 接 口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述輸入反接保護(hù)模塊包括熔斷器和二極管，所述熔斷器設(shè)置在輸入輸出接口的后端，并通過二極管接地，二極管的正極與地相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SPWM單相逆變教學(xué)實驗裝置，其特征在于:所述單相逆變橋模塊為4四個MOS管單相逆變橋電路。
【文檔編號】G09B23/18GK203588539SQ201320654390
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】趙濤, 沈亞斌, 劉漢忠, 徐開蕓 申請人:南京工程學(xué)院