基于SPMC75F2413A单片机控制的光伏变频空调系统的研究

【摘要】：首先，随着世界能源危机的逐步加深，全球各国纷纷开始致力于新型能源的开发研究与应用；其次，太阳能作为一种清洁、高效、永不枯竭的绿色能源越来越受到人们的关注；最后，随着经济社会的发展，人们对于生活环境的要求也越来越高，这也直接导致了我国家用空调的利用量日渐增大，其耗电量也居高不下，但作为产品开发而言同时也具有可观的市场前景。所以，将太阳能电池开发并应用于家用空调系统，不仅能有效地缓解国家电能源稀缺的能源危机问题，而且能带动我国光伏产业的发展壮大，由此可见这一课题的深入研究必然具有广阔的市场前景和科研价值。 本设计需要实现的功能是，将太阳能电池板提供的有限且时变的受限功率，通过电能变换技术，不并网、不添加蓄电池，直接应用于驱动恒转矩负载特性的空调压缩机，达到空调制冷的目的。换言之，本文要研究的正是在时变受限功率条件下的恒转矩负载的控制技术的研究。 本文设计的变频调速控制系统包含有：光伏电池板、DC-DC变换电路、IPM智能功率模块、单相异步电动机、以单片机为核心的控制器。其中，由光伏电池板提供光电转换的时变直流电；DC-DC变换电路完成直流升压并同时实现最大功率点跟踪，控制方法采用自适应扰动观察法，升压部分采用PWM控制方式；IPM智能功率模块完成电流逆变，将根据瞬时发电功率计算所得的给定频率的交流电提供给单相异步电动机驱动空调压缩机制冷，IPM智能功率模块采用的是三菱公司的PM50B4LB060模块来实现的，该模块是专门为光伏发电逆变器而研发的单相逆变IPM模块，其具有简化系统、提高系统可靠性等优点；变频调速系统采用恒压频比控制法，逆变部分采用基于DDS产生SPWM波形、系统控制部分的核心采用的是凌阳公司的16位单片机SPMC75F2413A实现的。 本课题无论从可行性和实用性上都具有积极的意义，但仍存在一些缺陷，那就是它不能像现行的变频空调一样通过手动调节室内温度来控制空调压缩机的制冷量，本设计中的室内温度是不可调的。这一不足，也正是我们将来在此领域中努力的一个方向。 【关键词】：光伏 时变有限功率 变频调速 最大功率点跟踪
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM925.12
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 太阳能发电的概述9-12
• 1.1.1 太阳能的能源战略地位9-10
• 1.1.2 光伏发电的研究现状10-12
• 1.1.3 光伏发电的发展趋势12
• 1.1.4 光伏发电目前存在的不足12
• 1.2 光伏空调技术的发展现状12-14
• 1.2.1 光伏空调的开发意义12-13
• 1.2.2 国内外光伏空调的研究现状13-14
• 1.3 本课题的研究目的与研究内容14-17
• 1.3.1 本课题的研究目的14-15
• 1.3.2 本课题的研究内容15-17
• 1.3.2.1 光伏电池的输出功率特性及最大功率点跟踪的研究15
• 1.3.2.2 变频调速控制方式的研究15-16
• 1.3.2.3 SPMC75F2413A单片机实现微机控制回路16-17
• 第2章 时变受限功率条件下光伏变频空调系统的基本原理17-39
• 2.1 系统原理概述及框图17-19
• 2.2 最大功率点跟踪算法的研究19-24
• 2.2.1 光伏电池的输出特性19-20
• 2.2.2 MPPT 基本原理20-21
• 2.2.3 MPPT 控制算法21-24
• 2.3 恒压频比控制方式24-27
• 2.3.1 给定频率的确定24
• 2.3.2 变频调速基本原理24-27
• 2.4 SPWM 脉宽调制技术27-38
• 2.4.1 PWM 控制技术的分类27-28
• 2.4.2 PWM 的基本原理28-29
• 2.4.3 SPWM 调制原理29-38
• 2.4.3.1 SPWM信号的产生29-30
• 2.4.3.2 SPWM的数字控制30-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 系统硬件电路设计39-51
• 3.1 系统硬件电路总体结构的设计39
• 3.2 主电路原理及设计39-42
• 3.2.1 DC-DC 变换器电路39-40
• 3.2.2 IPM 智能功率模块40-42
• 3.3 控制电路设计及原理42-50
• 3.3.1 413A 最小系统设计43-46
• 3.3.2 MCU 控制电路46-49
• 3.3.3 IPM 模块及其应用电路49-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 控制系统软件实现51-54
• 4.1 SPMC75F2413A 变频程序51
• 4.2 产生 SPWM 信号的结构原理51-53
• 4.2.1 SPWM 电路结构框图51-52
• 4.2.2 程序控制算法52
• 4.2.3 程序流程图52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 总结54-56
• 5.1 本文研究内容的总结54-55
• 5.1.1 本课题的意义54
• 5.1.2 本课题的系统构成及基本原理54-55
• 5.2 本课题的不足55-56
• 参考文献56-58
• 致谢58-59
• 附录：部分程序清单59-62

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