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研究生:吳鎧佑
研究生(外文):Kai-Yo Wu
論文名稱:以數位訊號處理器控制之單相變頻器研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of a Single-Phase Inverter Using Digital Signal Processor Control
指導教授:歐勝源
指導教授(外文):Sheng-Yuan Ou
口試委員:王見銘賴炎生
口試委員(外文):Yen-Shin Lai
口試日期:2013-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:電機工程系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:單相變頻器單極性電壓調變直流/交流變頻器
外文關鍵詞:Single InverterUnipolar Voltage SwitchingDigital Signal Processor (DSP)
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本文研製一具以數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)為控制核心之單相直流/交流轉換器,實現數位式單極性電壓調變之控制方法,以提升電壓應用率及降低諧波失真(Total Harmonic Distortion, THD)。
  所提出的電路是以全橋式變頻器為基本架構,並設計適用之輸出濾波器以及回授控制器,實現穩定之單相正弦電壓輸出;整體功率級電路是利用四個絕緣閘雙極性電晶體元件、電感器與電容器所組成。
  在整體控制上,採用德州儀器(Texas Instruments, TI)所生産的數位訊號處理器TMS320F28035實現所擬之控制法則,藉以得到數位控制之各種優點。論文中所實現的數位式變頻器之設計規格為輸入直流400 V、輸出電壓110 Vrms/60 Hz、開關切換頻率12 kHz、額定功率500 W以及電壓總諧波失真率小於5 %。經由實測結果,單相變頻器於額定功率下,效率最高達96.9 %,輸出電壓的總諧波失真率均小於5 %,結果顯示控制策略確實可行且符合設計要求。


A digital controlled single-phase DC/AC inverter with unipolar voltage switching is presented in this thesis to enhance the rate of voltage application and reduce voltage total harmonic distortion. In this thesis, a full-bridge inverter is selected for the power circuit structure which connects a low pass filter to obtain the AC voltage required for the load.
The used topology of single phase inverter consists of four IGBTs, an inductor and a capacitor. The digital signal processor (DSP) TMS320F28035 by Texas Instruments is utilized to implement the used control method. The design specifications include that DC voltage is 400 V, output voltage is 110 Vrms/60 Hz, switching frequency is 12 kHz and rated power is 500 W. Under nominal load conditions, the efficiency is higher than 96 % and total harmonic distortion of the output voltage is less than 5 %. The experimental results verify the feasibility and functions of the implemented system.


目 錄
摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號彙編 xii
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方法 3
1.3 論文大綱 4
第二章 單相變頻器之架構與原理 5
2.1 變頻器之電路架構 5
2.1.1 半橋式變頻器之基本架構 5
2.1.2 全橋式變頻器之基本架構 6
2.2 正弦脈波寬度調變 7
2.2.1 雙極性電壓調變 8
2.2.2 單極性電壓調變 10
2.2.3 空白時間 12
2.3 具輸出濾波器之全橋式變頻器 13
2.3.1 電路架構 13
2.3.2 動作原理 13
2.3.3 輸出濾波器分析 15
第三章 單相變頻器之硬體設計 21
3.1 主電路設計 22
3.1.1 輸出濾波器設計 22
3.1.2 單相變頻器開關元件選擇 29
3.2 輔助電路設計 30
3.2.1 閘極驅動電路設計 30
3.2.2 電壓回授及準位提升電路 31
第四章 數位訊號處理器控制設計 33
4.1 數位訊號處理器特性介紹 33
4.1.1 通用目的輸入/輸出(GPIO) 37
4.1.2 週邊中斷擴展模組 37
4.1.3 增強型PWM 39
4.1.4 類比/數位轉換器 40
4.2 數位訊號處理器之SPWM設計 41
4.3 數位化電壓回授控制器 42
4.3.1 單相變頻器開迴路分析 43
4.3.2 電壓回授控制器分析 44
4.3.3 數位化回授控制器分析 45
4.4 數位化流程設計 48
第五章 模擬與實驗結果 49
5.1 模擬結果 50
5.2 濾波前後之輸出電壓實測 52
5.3 交流回授電壓之實測 53
5.4 單相變頻器之實測 53
5.5 單相變頻器之效率 59
第六章 結論與未來展望 61
6.1 結論 61
6.2 未來展望 61
參考文獻 63



[1]杜逸龍、劉珮珊、張倉榮,台灣地區結合風能與太陽能發電之可行性案例分析, Journal of Taiwan Agricultural Engineering, vol.55, no.1, March 2009.
[2]韋光華,綠色能源發展-發電與儲能,科學發展,451期,2010年7月。
[3]陳正和,風力發電之應用和效益,台電月刊,527期,2006年11月。
[4]蘇美惠,亞洲重要國家再生能源政策與發展概況,台灣經濟研究月刊,第
31卷,第2期,2008年2月
[5]李宜庭、黃自強、張華南、楊珮玉、白子易、張迪惠,建構「推動風力再生能源政策」之層級架構,國科會計畫,民國100年12月14日。
[6]吳財福、何佩怡,太陽能與市電併聯之單獨運轉現求探討,電力電子技術,
pp. 54-64,1999年。
[7]洪國強,住宅用市電並聯型太陽能電力轉換器,博士論文,國立台灣大學電機工程研究所,民國九十一年一月。
[8]盧展南,住小型太陽光電能能量轉換系統之研製,博士論文,國立中山大學電機工程研究所,民國九十一年六月。
[9]K. Kurokawa, T. Tanabe, K. Kitamura, and H. Sugihara, “Analysis results of output power loss due to the grid voltage rise in grid-connected photovoltaic power generation systems,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 55, no. 7, pp 2744-2751, 2008.
[10]M. Fortunato, A. Giustiniani, G. Petrone, G. Spagnuolo, and M. Vitelli, “Maximum power point tracking in a one-cycle-controlled single-stage photovoltaic inverter,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 55, no. 7, pp 2684-2693, 2008.
[11]林明立,基於DSP控制單級最大功率追蹤換流器與市電併聯技術,碩士論文,國立台灣科技大學電子工程系,2009。
[12]T. Esram and P. L. Chapman, “Comparison of photovoltaic array maximum power point tracking techniques,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 22, no. 2, pp 439-449, 2007.
[13]J. A. Jiangl, T. L. Huang, Y. T. Hsiao, and C. H. Chen, “Maximum power tracking for photovoltaic power systems,” Tamkang Journal of Science and Engineering, vol. 8, no. 2, pp 147-153, 2005.
[14]R. F. Coelho, F. Concer, and D. C. Martins, “A study of the basic DC-DC converters applied in maximum power point tracking,” Power Electronics Conference, pp 673-678, 2009, Brazil.
[15]蘇郁君,用於太陽能發電系統之複合式最大功率追踨器的研製,碩士論文,國立臺北科技大學電機工程系,2010。
[16]陳昀瑞,新型複合式最大功率追踨演算法之設計與實現,碩士論文,國立臺北科技大學電機工程系,2011。
[17]唐丞譽,太陽能發電系統遭遇遮蔽效應下之複合式最大功率點追踨之研製,碩士論文,國立臺北科技大學電機工程系,2012。
[18]曾國棟,以數位訊號處理器為基礎之不斷電並聯運轉系統,碩士論文,國立中山大學電機工程學系,民國九十一年六月。
[19]葉惠青,2010 年能源產業技術白皮書,經濟部能源局,2010。
[20]蕭東柏,應用於不斷電供電系統之數位信號處理器控制昇壓轉換器及變頻器的研製,碩士論文,國立臺北科技大學電機工程系,2010。
[21]郭建中,應用於不斷電系統之全數位控制昇壓轉換器及變頻器的研製,碩士論文,國立臺北科技大學電機工程系,2010。
[22]陳東君、鄭世仁、楊峻宇、羅有綱、邱煌仁、郭旻謙、黃意明、簡源伯、黃永政,數位化控制之隔離式微型太陽能變頻器,電機月刊,第二十二卷第一期,2012年元月。
[23]T. Kerekes, R. Teodorescu, P. Rodr’iguez, G. V’azquez, and E. Aldabas, “A new-high-efficiency single-phase transformerless PV inverter topology,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 58, no. 1, pp 184-191, 2011.
[24]S. V. Araujo, P. Zacharias, and R. Mallwitz, “Highly efficient single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic systems,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 57, no. 9, pp 3118-3128, 2010.
[25]W. Yu, J. S. Lai, H. Qian, and C. Hutchens, “High-efficiency MOS-FET inverter withH6-type configuration for photovoltaic non-isolated AC-module applications,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 56, no. 4, pp 1253-1260, 2011.
[26]J. Dominic, J. S. Lai, C. L. Chen, T. Labella, and B. Chen, “High reliability and efficiency single-phase transformerless Inverter for grid-connected photovoltaic systems,” IEEE Trans. Power Electronics, vol. 28, no. 5, pp 2235-2245, 2013.
[27]龍建儒,獨立運轉型太陽能發電系統之研製,碩士論文,國立台灣科技大學自動化及控制研究所,2004。
[28]陳洪典,全數位化控休旅車用變頻器研製,碩士論文,國立台灣科技大學電子工程系,民國九十八年六月。
[29]蔡豐正,分散式發電系統之最佳安置點與侵入等級之研究,碩士論文,國立成功大學電機工程學系,民國九十六年七月。
[30]IEEE Std519-1992, “IEEE recommended practices and requirements for harmonic control in electric power systems,” IEEE, New York, 1993.
[31]IEC 61000-2-2(1990), “Electromagnetic Compatibility. Part 2: Environment. Section 2: Compatibility levels for low frequency conducted disturbances and signaling in public low-voltage power supply systems,” Geneve(Switzerland), 1990.
[32]N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, “Power Electronics: converters applications and design,” 2nd ed.,John Wiley and Sons, New York, 1995.
[33]J. Selvaraj and N. A. Rahi, “Multilevel inverter for grid-connected PV system employing digital PI controller,” IEEE Trans. Industrial Electronics, vol. 56, no. 1, pp 149-158, 2009.
[34]N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, “Power electronics: Converters application and design,” 3rd edition, John Wiley & Sons, 1995.
[35]P. A. Dahono, A. Purwadi, and Qamaruzzaman, “An LC filter design method for single-phase PWM inverters,” in the Proc. of IEEE Power Electronics and Drive Systems, vol. 2, pp 571-576, 1995.
[36]IRG4PC50UDPbF; Datasheet, INTERNATIONAL RECTIFIER, 2004.
[37]EPARC, 電力電子學綜論,全華科技圖書股份有眼公司,初版,2007年。
[38]HCPL3120; Datasheet, HEWLETT PACKARD.
[39]羅正校、賴炎生,數位控制交流/直流轉換器及直流交流變頻器之回授電路的設計,電機月刊,電力電子技術專欄,第二十一卷第一期,2011年元月。
[40]TEXAS INSTRUMENTS, TMS320F2803x Digital Signal Processors Data, 2012.
[41]TL431; Datasheet, MOTOROLA, 1998.
[42]TPS77601D; Datasheet, TEXAS INSTRUMENTS, 1999.
[43]INA163UA; Datasheet, TEXAS INSTRUMENTS, 2000.
[44]陳明賢、李迪章、汪惠健編譯,數位控制系統 ,高立圖書 有限公司,第三版,1995。


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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