【2017年电子设计竞赛】电源题方案讨论

1. 基本要求

（1）闭合 S，逆变器 1 向负载提供三相对称交流电。负载线电流有效值 Io 为 2A 时，线电压有效值 Uo 为 24V±0.2V，频率 fo 为 50Hz±0.2Hz。

输出电压再负载线电流为2A是为24V±0.2V（肯定需要电流检测，电压检测等），频率 fo 为 50Hz±0.2Hz（频率检测控制，转成高低电平的数字信号检测即可）。

（2）在基本要求（1）的工作条件下，交流母线电压总谐波畸变率（THD）不大于 3%。

电压谐波总畸变率
一、定义
在理想状况下，电压波形应是周期性标准正弦波，但由于电力系统中存在有大量非线性阻抗特性的供用电设备，这些设备向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压，称为谐波源。谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象称为电压正弦波形畸变，通常以谐波来表征。电压波形畸变的程度用电压正弦波畸变率来衡量，也称电压谐波畸变率。

二、计算方法
电压谐波畸变率以各次谐波电压的均方根值与基波电压有效值之比的百分数来
表示。
电压谐波畸变率=√（U2*U2+U3*U3+...+Un*Un）*100%/U1式中Un--第n次谐波电压有效值，U1--基波电压有效值。

三、谐波畸变产生的危害
1、导致电力变压器发热。谐波导致电力变压器发热源于两方面原因，其一是谐波电流能增加变压器的铜损和漏磁损耗；其二是谐波电压能增加铁损。变压器的发热程度直接影响了变压器使用容量的降低程度。
2、导致电力电缆发热。在三相对称回路中，三次谐波在三相导线中相位相同，在中性线上叠加后产生了3倍于相线的谐波电流和谐波电压，导致中性线温度升高。智能建筑中大量的OA设备及电子式荧光灯均使三次谐波在系统中的占有率增大，因此谐波引起中性线发热问题值得关注。当高频电流通过导线时，电流具有集肤效应，显然高次谐波电流的存在使线路集肤效应加重，线路外表面电流密度加大，从而导致线路（相线及中性线）发热。
3、导致对电子设备的干扰。智能建筑中自动化及电子信息设备均要求有较高的电源质量，且都工作于低电压水平，极易受到谐波的干扰而使控制失常。控制失常可能引发三A系统的严重故障。
4、导致低压配电设备工作异常。谐波畸变可使配电用低压电器设备（断路器、漏电保护器、接触器、热继电器等）发生故障。谐波电流使低压电器设备铁损、铜损增加，集肤效应加剧，从而产生异常发热，误动作等故障。

四、防范措施

1、在根据负载确定电力变压器额定容量时，应考虑谐波畸变而留有格量。在民用建筑设计中一般应保证变压器负荷率为70%～80%左右，该负荷率的工程裕量即可防范谐波引起的变压器发热危害。
2、在电缆截面选择中应考虑谐波引起线缆发热的危害。对于联接谐波主要扰动源设备的配线，确定线缆载流量时应日有足够裕量，可适当放大一级选择线缆截面。在三相四线制系统中，应考虑三次谐波电流和高次谐波电流引起的集肤郊应

（3）在基本要求（1）的工作条件下，逆变器 1 的效率 ƞ 不低于 87%。

效率问题，主要还是与电压变化如何出来有关，方案有2，

1.利用DCDC升降压给固定占空比的SPWM从而改变输入输出电压，从而实现并联不同电流。多级串联效率会打折扣，例如0.9*0.9=0.81

2.直接改变SPWM的占空比，输入电压固定即可。一级

（4）逆变器 1 给负载供电，负载线电流有效值 Io 在 0~2A 间变化时，负载调整率 SI1≤0.3%。