变频技术是电力电子技术的主要组成部分，应用十分广泛，它主要应用在交流电机的调速和供电电源两个领域。电源在电子设备中有着极为重要的地位，对变频电源的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。

  本课题设计了一种在工业和科研领域广泛应用的变频电源。该电源具有频率可调、波形精度高、幅值稳定、能显示和设置各种参数等特点。该电源采用集成PWM控制器SG1525和PIC单片机PIC16F877来实现三相间接变频电源供电系统，主电路由不可控整流、直流降压斩波和三相逆变桥三部分组成。首先，利用单相桥式不可控整流器（36MB80A）实现整流；再经过降压斩波PWM控制来实现稳压和调压功能；利用同步调制法和查表法，在载波比M一定的条件下，调节不同频率下的采样周期、输出脉宽，产生双极性SPWM波形，经驱动放大后以驱动绝缘栅双极型晶体管（IGBT）栅级。从而控制电源的输出电压和频率，实现变频电源的控制。该设计方案结构简单清晰、功能齐全且易于进行升级和功能扩展。设计出的电源具有输出正弦信号波形品质好、体积小、效率高、噪声小、变频范围宽，精度高、可靠性强的特点，具有较好的实用价值。

关键词: 变频电源；逆变器；降压斩波；SPWM；IGBT；

1.1.1 电力电子技术的发展

   电力电子技术就是使用电力半导体器件及电子技术对电能进行变换和控制的技术。它以实现“高效率用电和高品质用电”为目标，是一门综合了电力半导体器件、电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等许多学科的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前，它已逐步发展成为一门包含更多学科的综合性技术学科，并在为现代通讯、电子仪器、计算机工业自动化、电网优化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电能方面起着关键的作用。

电力电子技术诞生至今已经近50年，它对人类的文明起了巨大的推动作用。特别是在近年来，这种技术更是取得了突飞猛进的发展，己经形成较为完整的学科体系和理论。各国专家学者认为:信息电子技术的发展造就了信息时代，而实现“弱电控制强电”的电力电子技术的发展是人类社会的第二次电子革命。在将来工业高度自动化的情况下，计算机技术、电力电子技术及自动控制技术将成为三种最重要的技术。电力电子技术中最基本的电能的变换形式

可概括为以下四种：

1.AC→DC:把交流电能转换为直流电能，这种设备统称为整流装置。常用于充电、电镀、电解和直流电动机调速等。

2.DC→AC:把直流电能转换为交流电能，这种设备称为逆变器。逆变器输出可以是恒频，如用于恒压恒频(CVCF)电源或不间断供电设备(UPS);也可以变频，如用于各种变频电源、高频感应加热、电焊机电源、有功功率电源调节器和交流电动机的变频调速等。

3.AC→AC:将交流电能的任一参数(幅值、频率和相位)加以转换，实现这类转换的设备称作交流变换器。其中，对交流电压幅值进行转换的设备称为交流调压器，多用于调温、调光;对交流电的电压大小和频率进行转换的设备称为变频器，多用于交流电动机的变频调速等。

4.DC→DC:将直流电能的任一参数(幅值和极性)加以转换，实现这一转换的装置称为直流变换器或直流斩波器。主要用于直流电压变换器、开关电源和电车、地铁、矿车、搬运车等的直流电动机的牵引传动。

电力电子技术的发展主要是两个方面:一是电力电子半导体器件的发展，因为电力电子器件是电力电子技术的基础和源头，电力电子器件的性能的提高，促进了电力电子技术的应用，提高了电力电子装置的功率，减小了体积。另一方面是电力电子技术在不同应用领域具体控制技术的发展。尤其是功率变换技术的发展与应用。功率变换技术是电力电子技术中最重要、最基本的共性技术。为了满足高效、高能量密度、高精度、快速响应、宽调节范围、低谐波失真和低成本的要求，功率变换技术从不控、半控强迫换流技术发展到普遍采用PWM控制和采用自关断器件的换流技术。

1.1.2 变频技术的介绍

变频技术是电力电子技术的主要组成部分，它主要用于需要交流电源的电压、频率可调(或恒压、恒频)的用电设备，如交流电机、中频电源及各种专用电源的中间环节等。这一技术的产生和发展为交流调速开拓了广阔的天地。国外交流调速在电气传动行业已占{jd1}优势，虽然国内直流调速还在大量使用，但近年来凡新建的电气传动系统均采用交流调速，其发展势头是迅速的。变频技术在供电电源方面的应用主要是:（1)将过去用发电机、变压器产生交流电的地方用变频电源取代;（2）将计算机、电焊机、电子装置等用直流电源的地方改为以变频技术为核心的开关电源。变频技术在电源中的应用，极大地减小了电源装置的体积，提高了效率，产生了巨大的经济效益。

所谓变频就是利用电力电子器件(如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT)将5OHz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。它分为直接变频(又称交―交变频)，即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中;间接变频(又称交—直—交变频)，即先将市电整流成直流，再变换为要求频率的交流。它又分为谐振变频和方波变频。前者主要用于中频加热，方波变频又分为等幅、等宽和SPWM变频。常用的方法有正弦波(调制波)与三角波(载波)比较的SPWM法、磁场跟踪式SPWM法和等面积SPWM法等。

逆变技术，是指整流技术的逆向变换方式。其作用是通过电力电子器件(例如SCR, GTR, IGBT和功率MOSFET模块等)的开通和关断作用，把直流电能变换成交流电能，因此是一种电能变换技术。它的主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源等设备的研制与应用。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应当能反馈回电源。逆变器的原理早在1931年就在文献中提到过。1948年，美国西屋(Westinghouse)电气公司采用汞弧整流器制成了3000Hz的感应加热用逆变器。近年来，随着新型的电力电子元件的不断产生与发展，新的控制技术的出现，逆变技术也得到了飞速发展。1964年，由A. Schonung和H. Stemmler提出的把通信系统调制技术应用到逆变技术中的正弦波脉宽调制技术(Sinusoida-PWM，简称SPWM)，由于当时开关器件的速度慢而未得到推广)。直到1975年才由Bristol大学的S. R. Bowes等把SPWM技术正式应用到逆变技术中，使得逆变器的性能大大提高，并得到广泛的应用和发展，也使正弦波逆变技术达到了一个新高度。此后，各种不同的PWM技木相继出现，例如注入三次谐波的PWM,空间向量调制(SVW)、随机PWM、电流滞环PWM等，成为高速器件逆变器的主导控制方式。至此，正弦波逆变技术的发展已经基本完善。

    常用逆变主电路的基本形式有两种分类方法:按照相数分类，可以分为单相和三相;按照直流侧波形和交流侧波形分类，可以分为电压型逆变器和电流型逆变器，逆变电路的应用非常广泛，其中用途最广的为恒压恒频电源和变压变频电源。

1.恒压恒频电源

    这是一种在负载或交直流电源在一定范围内波动时，能保持输出为恒定电压和恒定频率的交流正弦波的稳压和稳频电源装置，简称CVCF电源。

    这类电源的典型代表是不间断电源（UPS)。在计算机系统中使用UPS可以避免由于电源电压波动、频率漂移、瞬时干扰和电压突然中断等现象造成的损失。UPS的电压稳定性、频率稳定性、波形失真度和不间断性等都优于公共电网，所以它的应用十分广泛。（CVCF电源还包括航空机载电源和机车辅助电源等）

2.调压调频电源

    这是一种可获得所需要的电压、电流和频率的交流变压变频装置，简称VVVF变频电源。

    变频电源广泛用于交流电机的调速系统中。交流电机调速系统在许多领域内代替了传统的直流电机调速系统，这是电力电子技术领域的一个重大突破。

    随着电力电子技术的不断发展和新型电力半导体器件的产生，逆变电路的应用范围日益扩大。在电力拖动系统、电气传动、各种功率的焊机电源以及有源电力滤波器等方面广泛应用。

    研究了变频电源的原理，及常用的实现方案，重点研究逆变器部分。

    研究了调制系数，载波比，死区对双极性SPWM频谱的影响。

    设计并实现了一个基于PIC的变频电源，建立了一个具有通用性的中小功率的变频及逆变电源技术平台。

该实验单元的主电路为“交—直—交”变化形式，如图1.1所示。图中的整流电路为“单相不可控整流电路”。该种整流电路把输入的单相工频交流电整流变换成为直流电。经降压斩波电路和电容滤波，得到平直的电压可调直流电源。{zh1}，直流电源经过由新型复合器件—绝缘栅双极型晶体管IGBT组成的三相桥式逆变电路，逆变成正弦脉宽可调的三相交流电。从电网输入的单相交流电经过变频电路后可以得到谐波含量较小的三相交流电，而且输出的交流电的大小和频率均可调，提高了电能的利用率，降低了负载对电网电源的影响。

变频电源技术指标要求：

    输入电压：220V（1±10﹪）  

    输入频率：50 Hz (1±5%)

    输出电压调整范围：0～36V

    输出波形：正弦波

    电源容量：2KVA

    输出电压稳定度：额定36V输出时，误差小于5%

    输出频率调整范围：调整范围为20Hz～100Hz

    相位和相位相差120°(三相平衡性负载)

保护功能：电源应具有输入及输出过流保护、过热保护、输入输出过压欠压保护

频率和功率的电路：具有输出电压和频率的测量和显示功能。