2023年电赛A题报告模板--可直接使用

任务

 图1 任务内容 

要求

 图2 基本要求内容

  图3 发挥部分内容 

说明

   图4 说明内容

评分标准

   图5 评分内容

正文 （部分）

摘要  

        本实验旨在设计和制作一个由两个单相逆变器组成的并联系统，用于为电阻负载供电或并入220V电网。采用基于STM32F407的主控，并配合IGBT驱动模块搭建系统。选用高压IGBT模块和电容滤波器，以提供稳定的功率输出和改善输出电压的稳定性，同时减小谐波畸变。实验要求在特定工作条件下完成各项指标的测试，包括输出电压、频率、电流以及效率和谐波畸变率等。此外，还需要实现逆变器并联运行、逆变器与电网并联运行以及输出电流调节和分配等功能。

关键词： STM32F407，IGBT驱动模块，功率输出，电压稳定性，谐波畸变

1．系统方案

本设计以STM32芯片为主控，整体系统主要由主控、逆变器模块和直流辅助电源模块组成。 

1.1 主控模块的论证与选择

方案一：选用STM32F407主控。

优点：成熟稳定的开发平台，丰富的外设资源，可满足实验要求。

缺点：成本较高。

方案二：选用STM32F103主控。

优点：性价比高，具备足够的性能满足实验要求。

缺点：外设资源较少，需要额外扩展。

方案三：选用STM32F303主控。

优点：功耗低，性能稳定，满足实验要求。

缺点：外设资源相对较少。

综合考虑采用方案一，因为STM32F407作为主控，具备成熟稳定的开发平台和丰富的外设资源，可以满足实验要求。

1.2 硬件控制方案的论证与选择

方案一：使用IGBT驱动模块搭建系统，采用以下硬件模块实现功能。

IGBT：选用高压IGBT模块，能够提供足够的功率输出。

电容滤波器: 增加输出电压的稳定性，减小谐波畸变。

方案二：使用MOSFET驱动模块搭建系统，采用以下硬件模块实现功能。

MOSFET：选用低压MOSFET模块，能够提供较高的开关速度和效率。

LCL滤波器: 提高输出电压的质量，有效减小谐波畸变。

方案三：使用SiC驱动模块搭建系统，采用以下硬件模块实现功能。

SiC MOSFET：具备高频开关能力，提供高效率电源输出。

磁性补偿器: 降低输出功率的磁通波动，减小谐波畸变。

综合考虑采用方案一，使用IGBT驱动模块搭建系统，选用高压IGBT模块和电容滤波器，能够提供足够的功率输出并提高输出电压的稳定性，减小谐波畸变。

2.2 控制过程说明

控制过程包括两部分：逆变器并联供电和逆变器并网供电。

逆变器并联供电：当断开S2，闭合S1时，逆变器1和逆变器2并联供电，共同向负载RL供电。通过合理的控制策略，实现输出电流总谐波畸变率不大于2%，且逆变器1的效率不低于88%。

逆变器并网供电：当断开S1，闭合S2时，逆变器1和逆变器2并联供电，并能够并网。通过控制策略，实现根据设定值调节输出电流Io，确保误差绝对值小于设定值的6%。同时，在一定范围内按设定值自动分配逆变器1和逆变器2的输出电流比值K，使其相对误差的绝对值不大于5%。

4．测试方案与测试结果

4.1测试方案

4.1.1 功能测试

（1）基本要求（1）测试

1、断开 S2，闭合 S1，使逆变器 1 向负载 RL 供电。

2、测量输出电压有效值 Uo 是否在24V±0.2V范围内。

3、测量输出频率 fo 是否在50Hz±0.2Hz范围内。

4、测量输出电流有效值 Io 是否为2A。

（2）基本要求（2）测试

1、断开 S2，闭合 S1，使逆变器 1 向负载 RL 供电。

2、测量输出交流电压总谐波畸变率（THD）是否不大于2%。

（3）基本要求（3）测试

1、断开 S2，闭合 S1，使逆变器 1 向负载 RL 供电。

2、测量逆变器 1 的效率 ƞ 是否不低于88%。

（4）基本要求（4）测试

1、断开 S2，闭合 S1，使逆变器 1 向负载 RL 供电。

2、将负载从0A变化到2A，观察负载调整率 SI1 是否小于等于0.2%。

（5）发挥部分（1）测试

1、断开 S2，闭合 S1，使逆变器 1 和逆变器 2 并联，共同向 RL供电。

2、设置输出电压 Uo 为24V，频率 fo 为50Hz，观察输出电流 Io 是否为4A。

（6）发挥部分（2）测试

1、断开 S1，闭合 S2，使逆变器 1 和逆变器 2 并联且并网。

2、设置输出电流 Io 在2A~4A范围内，观察输出电流误差是否小于设定值的6%。

（7）发挥部分（3）测试

1、断开 S1，闭合 S2，使逆变器 1 和逆变器 2 并联且并网。

2、将输出电流 Io 在1A~3A范围内变化，观察逆变器 1 和逆变器 2 的输出电流比值 K=Io1: Io2 是否在指定范围（0.5~2）内，并计算相对误差的绝对值。

4.1.2 性能测试

（1）性能分析与计算

1、进行性能分析与计算，包括效率、THD等参数。

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硬性的标准其实限制不了无限可能的我们，所以啊！少年们加油吧！