论文总字数：20469字

摘 要

本文以小型波浪发电电能后处理系统为研究对象，重点研究了整流、逆变的相关技术，查阅了大量关于整流、逆变的中外文文献，学习了相关的基础知识，并在此基础上设计了电能处理的整流、逆变模块，并对基本电路进行了优化设计，完成了低压直流电到220V工频正弦交流电的转换。

对前级DC-AC-DC变换的过程和原理进行了简单介绍，并对前级升压的几种拓扑结构作了比较，并选择了最优的推挽升压拓扑。对升压模块所需要的高频变压器进行了参数计算，确定了所需要的铁芯结构和绕组参数。整流模块的控制电路采用PWM发生芯片SG3525，以它为基础，进行外围电路的设计和搭建，利用其产生的高频PWM脉冲控制推挽拓扑结构中的MOSFET的开通与关断，进而完成相关的电能变换。简单介绍了SPWM逆变技术的原理，并通过此技术将整流模块得到的高压直流逆变成为工频220V交流电。对输出低通滤波器进行了参数设计，并给出了最优的滤波环节。给SPWM驱动信号设计了硬件死区生成电路，逆变H桥上设计了RCD缓冲电路，确保逆变桥工作时安全，增加了逆变桥的可靠性。。给整流、逆变模块设计了反馈电路来稳定输出电压。

在Altium Designer环境下,绘制了系统的完整的原理图，并用电力电子仿真软件Saber对系统进行了功能仿真，基本实现了整流、逆变等电能后处理功能，实现工频正弦交流电的输出。

关键词：波浪发电 整流 推挽拓扑 SPWM调制 正弦逆变

ABSTRACT

In this paper, the study is focused on wave power processing system. Based on a great number of domestic and overseas literatures, the design of rectifier and inverter module is conducted. And then, the basic circuit design has been optimized to achieve a low-voltage DC to high voltage sinusoidal AC conversion.

In pre-process, principle of DC-AC-DC conversion is briefly introduced and a comparison of several pre-boost topologies is made to choose the most suitable topology, push-pull. Parameters of high-frequency transformer required by boost modules are designed, concluding core structure and winding parameters. The control chip of rectifier module is PWM-generating chip SG3525, based on which peripheral circuit is designed, which generates high-frequency PWM pulse controlling MOSFET of push-pull topology turning on or off, and then completes the relevant power Conversion.

Principle of SPWM inverter technology is introduced and through this technique, direct high-voltage can be changed into 220V AC (50Hz). Parameters of low pass filter are tested to get the most optimal filtering effect. RCD snobbery circuit and the dead zone generating circuit is introduced to the inverter bridge to ensure safe and reliable operation of the inverter bridge. Besides the output voltage feedback circuit is designed to stabilize the output voltage.

In the Altium Designer environment, the schematic of the system is drawn and with the power electronics simulation software Saber, functional simulation of the system is completed to verify the function.

Keywords: wave power, rectifier, push-pull topology, SPWM modulation, sine wave inverter

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景和意义 1

1.2波浪发电 1

1.2.1波浪发电历史和现状 1

1.2.2我国发展历史和现状 2

1.2.3波浪发电未来的研究方向 2

1.3逆变技术 3

1.3.1逆变技术的发展 3

1.3.2逆变控制技术 3

1.3.3逆变技术的发展方向 4

1.4仿真软件Saber简介 4

1.5论文结构 5

第二章 整流模块设计 6

2.1升压环节拓扑结构分析和选择 6

2.2高频变压器的设计 7

2.3整流模块主电路基本结构 8

2.4整流模块驱动电路设计 9

2.4.1整流模块驱动芯片介绍 9

2.4.2整流模块控制电路的设计 10

2.4.3 PWM图腾柱输出结构 12

2.5整流模块整体结构 13

2.6 整流模块功能仿真 13

2.7本章小结 15

第三章 逆变模块设计 16

3.1 SPWM逆变原理 16

3.1.1 SPWM波形 16

3.1.2 SPWM控制方式 16

3.1.3 正弦逆变的基本原理 17

3.2逆变模块主电路基本结构 18

3.3 SPWM参数的选择 18

3.4 逆变模块控制电路的设计 18

3.5 外加死区电路设计 19

3.6 隔离模块设计 20

3.7 LC低通滤波器的设计 21

3.8逆变模块功能仿真 22

3.9逆变模块整体结构 24

3.10本章小结 24

第四章 优化设计 25

4.1 RCD缓冲电路 25

4.2 H桥的优化 25

4.3整流模块反馈电路设计 26

4.4逆变模块反馈电路设计 27

4.5整流逆变模块联合仿真 27

4.6本章小结 28

第五章 总结与展望 29

5.1 课题总结 29

5.2 课题展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1课题研究背景和意义

随着传统石油资源的日渐枯竭，以太阳能、风能、波浪能等新能源在未来的能源架构上将扮演越来越重要的角色。波浪能是一种可再生的、没有污染的清洁能源，其储量巨大并且分布广泛，对于改善能源结构有着非常重要的作用。但是对于波浪能的开发程度现在远远落后于风能、太阳能等新能源，主要在于开发技术上的落后。由于波浪的不稳定性、产生的电能不以存储等原因，现在对于波浪能的利用效率低、成本和产出差距巨大。美国、日本、英国等国家对波浪能的利用从上个世纪70年代就开始起步，而我国在随后也开始了相关的研究，虽然取得了很多成果，但是在技术上要满足大规模工业生产的要求还有很多待解决的问题。总结一下研究波浪发电的意义有以下三点：完善能源结构，减小化石燃料在能源中的比重；清洁能源，对环境几乎没有污染，符合减少对环境的污染和绿色低碳的理念；储量丰富，而且取之不尽，用之不竭。

如今，已经有很多关于如何将波浪能转化为电能的方法和实际运用，其中利用直线电机作为发电机的方法由于电机的特殊结构，减少了大量的传动装置，减少了不必要的机械损耗，增加了发电效率等优势，已经开始广泛运用。但是，同风能一样，波浪能具有很强的不稳定性，这就导致发出的功率不平衡，具体表现为电压幅值大小是变化的，频率也是变化的，这样很难满足用电设备和并网的要求。因此，对于波浪发电来说，电能处理是发电过程中不可或缺的环节之一。

1.2波浪发电

1.2.1波浪发电历史和现状

世界上最早注册波浪利用装置专利的是法国人吉拉德，他在十八世纪末注册成功。在随后的一百多年间，波浪发电技术迅速发展，英国注册的与之相关的专利有300多项，美国则有60多项。而在当时的法国，光是关于波浪能装置的说明文件就有好几百份。早期海洋波浪发电应用最多的是气动式波力装置，通过采集海面波浪上下运动的动能，来压缩空气推动汲桶中的活塞，如此反复运动做功，从而实现能量的转化。

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