一文带你了解电赛A题设计思路,看完后基础的电源题都难不倒我

看了电赛全国一等奖(A题)的开源工程之后,我发现,人家能得国一不是没有原因的。

这个A题是电源题,其中涉及的每个电源相关的知识点都非常基础,基本只要懂基础理论就能解决。

但是,想要让每个基础的模块,组合并形成一个单相逆变器并联运行系统,就不是有基础就能解决的

公司的工程师看了这个国一的作品,都称赞说:他们做得非常巧妙!

本文就针对他们的作品,解析一下硬件原理+设计思路

参考资料来源于国一团队。


团队介绍

奖 项:全国一等奖

学 校:湖南科技学院

团 队:106B电赛复兴团队

作 者:龙俊和、李琦、胡俊杰


全文导航(6个部分)

题目要求、设计思路、题目分析、设计图、硬件电路设计说明、程序流程图、注意事项。


题目要求

先简单了解一下它的题目要求,要求制作——单相逆变器并联运行系统

了解题目后,就需要思考。

——项目用手头现有的STM32设计是否可行?

——用怎样的方式,可以完善的达成题目要求?


设计思路

单相逆变器并行运行系统基于STM32F407芯片的设计。

采用双极性调制方法能够输出幅值24V频率50HZ电流有效值2A的交流电。

并且在此基础上还达到了谐波畸变率小于0.4%,效率94.32%以上的输出,当电流在0-2A变化时,负载调整率S<0.025%

通过锁相环将逆变器并联时,向负载的输出达到题目要求的Uo=24V,fo=50HZ,Io=4A。

两个逆变器共同并网时使用下垂控制法,达到题目的要求——通过数字设定电流Io在2A-4A变化误差值小于2%而且完成按比例分配电流的要求。


题目分析

好,现在,我们再深入的分析一下题目,并提出更具体的解决方案

使用双极性调制方式,就可以利用pwm控制MOS管改变开关频率,来控制逆变器的输出电压和电流。

通过电压采集模块PID算法将逆变器输出稳定在24V,利用锁相环将逆变器的电压相位锁在一起。

通过DQ解耦控制交流量转化为直流量

通过对输入电压的DQ轴分量PID闭环控制来锁相。

通过对输入电流的DQ轴分量进行电流内环的PID控制,来控制有功分量和无功分量以实现对系统PF值的调整

通过调整PF的值等于-1,从而实现能量的回流,再将逆变器2的相位与逆变器1的保持一致,然后把两个逆变器并联通过调整负载使其输出4A电流

方案有了,就需要付诸于电路中,他们是这样设计的……

设计图

主控板

采集主芯片

采集模块

逆变电路

辅助电源模块

辅助电源2

电路设计中,还有这5部分,需要着重说明一下!

硬件电路设计说明

一、单相逆变器主回路设计

主回路使用全桥结构逆变器,图2为单相逆变器的电路图。

图2 逆变器原理图


二、MOS管驱动控制电路

功率MOSFET具有较大的输入电容

为了降低开关损耗应尽量减小开关时间,因此需要大瞬时电流的驱动电路进行良好的驱动。

IR2110是一款最高支持500KHZ开关频率,600V自举能力的高速MOSFET驱动芯片。

图3 IR2110应用电路


三、电压采集电路

为了数据的精准采集,使用ADS8688配合单片机来采集电压。

ADS8688是一款最大500Ksps数据输出量,16位的高性能数模转换模块。

图4 ADS8688电路图


四、电压互感器与电流互感器

本电路电压互感器采用的是DL-PT202H1。

通过额定电流比为2mA/2mA,可算出一侧电阻R0>(24V*1414)/2mA,可选择2.7KΩ

单片机的ADC量程为5.12V,则另一侧的电阻R1>5V/2mA取2.5KΩ

为了简化互感器的使用,电容可以不用。

电流互感器原理与电压互感器类似。

使得输入电流与采集等比例关系故R=2KΩ


五、辅助电源的设计

本系统设计了+5V+12V电源,给单片机和其他芯片供电。

首先,把直流稳压电源通过SY8502芯片降压,然后给逆变器和单片机供电。

图7 SY8502辅助电源电路图

最后放上一个程序流程图。

程序流程图

系统代码的源文件是开源了的,完全是无偿分享。

但因为格式原因,不太方便上传,就把开源连接放这吧,感兴趣的可以看看,希望能帮到你:https://oshwhub.com/106bdian-saiwei-dafu-xing/dian-yuan-lei-xiang-mu#P4


注意事项

— 完 —

嘉立创EDA·头条号

关注我,看一手优质开源项目

展开阅读全文

页面更新:2024-04-16

标签:思路   电源   单相   逆变器   流程图   单片机   电流   芯片   题目   基础   系统

1 2 3 4 5

上滑加载更多 ↓
推荐阅读:
友情链接:
更多:

本站资料均由网友自行发布提供,仅用于学习交流。如有版权问题,请与我联系,QQ:4156828  

© CopyRight 2020-2024 All Rights Reserved. Powered By 71396.com 闽ICP备11008920号-4
闽公网安备35020302034903号

Top