CN203588539U - Spwm单相逆变教学实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种SPWM单相逆变教学实验装置，包括输入输出接口、控制模块、检测与驱动模块、通讯模块、单相逆变桥模块和上位机，输入输出接口的输入端外接直流电源，输入输出接口的后端连接有输入反接保护模块，控制模块通过通讯模块与上位机相连接，控制模块通过检测与驱动模块与单相逆变桥模块相连接，单相逆变桥模块的输出端与输入输出接口的输出端相连接。本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置，通过逻辑编程器件输出不同控制模式的SPWM驱动信号，稳定性高、成本低、使用灵活方便、便于二次开发、方便教学，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种SPWM单相逆变教学实验装置，属于电力电子教学技术领域。
背景技术
逆变是将直流电能转变为不同频率、电压的交流电能，应用于交流调速、新能源发电及有源滤波等领域，是变流技术中应用最为方便可靠的一个方法，因此，逆变教学是电力电子技术教学与实验中一个重要的内容，SPWM控制通常分为双极性(DSPWM)、普通型单极性(USPWM)和混合型单极性(HSPWM)等控制模式， 其中DSPWM 控制方式简单，但存在桥臂直通可能性高、开关损耗高等缺点；USPWM的控制方式具有实现简单、桥臂直通可能性低、开关损耗较小等优点，但也存在输出谐波含量大的显著缺点；HSPWM的控制的输出谐波含量小，但实现起来比较复杂。
目前，SPWM逆变教学实验系统多采用模拟电路来实现，即用正弦信号和三角波信号比较来产生SPWM控制信号，一般为DSPWM控制，由于正弦信号和三角波信号难于整定，存在调试困难，实验效果差，控制模式单一，开放性较差的问题，不能满足不同控制的实验及进行深度开发的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的不足，本实用新型提供的SPWM单相逆变教学实验装置，设有主控芯片，通过PLD逻辑编程器件输出不同控制模式的SPWM驱动信号，同时提供了多种信号接口，稳定性高、成本低、使用灵活方便、便于二次开发、方便教学，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：包括输入输出接口、控制模块、检测与驱动模块、通讯模块、单相逆变桥模块和上位机，所述输入输出接口的输入端外接直流电源，所述输入输出接口的后端连接有输入反接保护模块，所述控制模块通过通讯模块与上位机相连接，所述控制模块通过检测与驱动模块与单相逆变桥模块相连接，所述单相逆变桥模块的输出端与输入输出接口的输出端相连接。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：还包括辅助电源模块、继电器、三极管，所述辅助电源模块设有两路直流电源输出，所述控制模块通过三极管与继电器相连接，继电器控制单相逆变桥模块的电源接通或断开。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述控制模块包括单片机、可编程逻辑控制单元、命令给定和扩展单元、显示单元，所述单片机的控制信号通过可编程逻辑控制单元与所述检测与驱动模块的信号输入端相连接，所述命令给定和扩展单元与单片机的输入端相连接，所述单片机的显示输出端与显示单元相连接。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述检测与驱动模块包括检测单元和驱动单元，所述检测单元包括四运放芯片，所述驱动单元两片驱动芯片。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述通讯模块包括RS232接口和RS485接口。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述输入反接保护模块包括熔断器和二极管，所述熔断器设置在输入输出接口的后端，并通过二极管接地，二极管的正极与地相连接。
前述的一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述单相逆变桥模块为4四个MOS管单相逆变桥电路。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的SPWM单相逆变教学实验装置，设有主控芯片，通过PLD逻辑编程器件输出不同控制模式的SPWM驱动信号，同时提供了多种信号接口，稳定性高、成本低、使用灵活方便、便于二次开发、方便教学，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的系统框图。
图2是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的电原理框图。
图3是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的控制模块的电原理图。
图4是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的控制模块的检测与驱动模块的电原理图。
图5是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的单片机输出的SPWM信号的控制波形图。
图6是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的双极性控制方式的控制波形图。
图7是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的USPWM控制方式的控制波形图。
图8是本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置的HSPWM控制方式的控制波形图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种SPWM单相逆变教学实验装置，包括输入输出接口、输出接口、控制模块、检测与驱动模块、通讯模块、单相逆变桥模块和上位机，输入输出接口的输入端外接直流电源（电压18V-30V），输入接口的后端连接有输入反接保护模块，控制模块通过通讯模块与上位机相连接，控制模块通过检测与驱动模块与单相逆变桥模块相连接，单相逆变桥模块的输出端与输入输出接口的输出端相连接。
本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置，还包括辅助电源模块、继电器、三极管，辅助电源模块设有两路直流电源输出，控制模块通过三极管与继电器相连接，继电器控制单相逆变桥模块电源的接通或断开，辅助电源模块通过LM2596-5和LM7815将直流电源转变为15V和5V直流电，为电路中各元件器件提供工作电源。
所述控制模块包括单片机、可编程逻辑控制单元、命令给定和扩展单元、显示单元，所述单片机的控制信号通过可编程逻辑控制单元与所述检测与驱动模块的信号输入端相连接，所述命令给定和扩展单元与单片机的输入端相连接，所述单片机的显示输出端与显示单元相连接。
所述检测与驱动模块包括检测单元和驱动单元，所述检测单元包括四运放芯片，所述驱动单元两片驱动芯片。
所述通讯模块包括RS232接口和RS485接口。
所述输入反接保护模块包括熔断器和二极管，所述熔断器设置在输入输出接口的后端，并通过二极管接地，二极管的正极与地相连接。
所述单相逆变桥模块为4四个MOS管单相逆变桥电路。
下面根据具体电路图，介绍本实用新型的SPWM单相逆变教学实验装置，
如图2所示，电路图的总接线图，包括输入输出接口J1、熔断器F1、二极管D0、继电器KF1和单相逆变桥模块，还包括控制模块、检测与驱动模块、通讯模块和辅助电源模块，所述的输入输出接口J1的4脚和3脚外接输入直流电源（电压18V-30V），2脚和1脚为交流输出端，熔断器F1和二极管D0构成具有过流保护和防反接保护的输入反接保护模块，继电器KF1通过三极管Q5受控于控制模块，继电器KF1将单相逆变桥模块和辅助电源模块的直流电源接通或断开，单相逆变桥模块由Q1~Q4四个MOS管（型号可为IRF540）构成单相逆变桥电路，控制模块输出的控制信号与检测与驱动模块的驱动单元相连，单相逆变桥模块中的采样电阻检测负载电流，通过检测单元进行滤波放大后反馈给控制模块内单片机的模拟接口。
如图3所示，本实用新型的控制模块包括单片机、可编程逻辑控制单元，命令给定和扩展单元和显示单元，其中单片机U1（型号可为PIC16F876），输出的控制信号通过可编程逻辑控制单元内的可编程逻辑芯片U2(型号可为ATF16V8)与检测与驱动模块的对应信号端相连，单片机U1的输入、输出端分别与命令给定和扩展单元和显示单元的对应信号端相连接，单片机U1为最小单片机系统。
如图4所示，本实用新型的检测与驱动模块包括检测单元和驱动单元，检测单元由四运放芯片U7（型号可为MCP6004）和外围器件构成，电流检测信号经过单相逆变桥模块的电流取样电阻接入四运放芯片U7中的一运放放大，其输出接单片机U1的Ibus信号脚，该信号再经过四运放芯片U7中的另一个运放构成的比较电路和设定信号比较，产生过流信号接单片机U1的SD信号脚，另一个运放构成电压基准电路，辅助电源模块输出的直流电源电压经过电阻分压产生电压检测信号接单片机U1的Vbus信号脚；驱动单元由驱动芯片U5和U6(型号可选IR2103)及外围器件组成，驱动单元接控制模块输出的控制信号（SPWM信号），经过驱动芯片U5和U6驱动提供给单单相逆变桥模块内的四个MOS管。
本实用新型的工作过程如下，采用单片机和可编程逻辑器件实现不同控制方式，单片机U1的CCP1脚和CCP2脚输出两路信号，一路为高频的SPWM信号，该信号以半的交流周期对称，另一路输出低频信号，信号周期为期望输出的交流周期，控制波形如图5所示；当命令给定和扩展单元设定为双极性输出，可编程逻辑芯片U2将单片机U1的CCP1脚和CCP2脚两路信号转换成图6所示的控制波形；当命令给定和扩展单元设定为普通单极性输出，可编程逻辑芯片U2将单片机U1的CCP1脚和CCP2脚两路信号转换成图7所示的控制波形；当命令给定和扩展单元设定为混合单极性输出，可编程逻辑芯片U2将单片机U1的CCP1脚和CCP2脚两路信号转换成图8所示的控制波形，其中uG1，uG2，uG3，uG4分别为MOS管Q1、Q2、Q3和Q4的控制信号。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：包括输入输出接口、控制模块、检测与驱动模块、通讯模块、单相逆变桥模块和上位机，所述输入输出接口的输入端外接直流电源，所述输入输出接口的后端连接有输入反接保护模块，所述控制模块通过通讯模块与上位机相连接，所述控制模块通过检测与驱动模块与单相逆变桥模块相连接，所述单相逆变桥模块的输出端与输入输出接口的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：还包括辅助电源模块、继电器、三极管，所述辅助电源模块设有两路直流电源输出，所述控制模块通过三极管与继电器相连接，继电器控制单相逆变桥模块的电源接通或断开。
3.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述控制模块包括单片机、可编程逻辑控制单元、命令给定和扩展单元、显示单元，所述单片机的控制信号通过可编程逻辑控制单元与所述检测与驱动模块的信号输入端相连接，所述命令给定和扩展单元与单片机的输入端相连接，所述单片机的显示输出端与显示单元相连接。
4.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述检测与驱动模块包括检测单元和驱动单元，所述检测单元包括四运放芯片，所述驱动单元两片驱动芯片。
5.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述通讯模块包括RS232接口和RS485接口。
6.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述输入反接保护模块包括熔断器和二极管，所述熔断器设置在输入输出接口的后端，并通过二极管接地，二极管的正极与地相连接。
7.根据权利要求1所述的SPWM单相逆变教学实验装置，其特征在于：所述单相逆变桥模块为4四个MOS管单相逆变桥电路。
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| CN110189595A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-30 | 柳州铁道职业技术学院 | 一种用于铁路相敏轨道电路逆变电源驱动电路 |
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