一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法及存储介质
阅读说明:本技术 一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法及存储介质 (Analog sine wave modulation method of off-grid inverter and storage medium ) 是由 袁定高 刘立强 于 2021-07-30 设计创作,主要内容包括:本发明涉及逆变器技术领域,提供一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法及存储介质,基于现有的逆变器成本与运算能力的兼容需要,设计了预设调制算法计算出目标弧度,进而根据目标弧度输出对应的目标正弦载波,控制逆变电路进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电,算法简单、计算量小、运行效率高,因此采用程序空间较小的处理芯片,即可实现低成本、高效率的逆变交流输出。(The invention relates to the technical field of inverters, and provides a sine wave simulation modulation method and a storage medium of an off-grid inverter.)
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域,尤其涉及一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法及存储介质。
背景技术
逆变器的功能为把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220v50HZ正弦或方波)的装置。通俗的讲,逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
按波弦性质分类,逆变器包括正弦波逆变器、方波逆变器。正弦波逆变器输出的是正弦波交流电。在正弦波逆变系统中,需要把输入的直流电经过正弦调制后,转换成交流电输出。现有技术中的逆变器,主要采用查表法和泰勒级数展开来计算出正弦值,然后再根据正弦值进行脉宽调制,输出即为交流电。
以上两种方式优缺点如下;
1、查表法的优点是速度快,计算量小,确点是占用程序空间大;
2、泰勒级数展开,优点是占用空间比查表小,缺点是计算量大,对芯片计算能力有要求。
目前市面上的芯片价格普遍过高,因此局限于生产成本,客户无法得到高算力、大空间的芯片成本,因此也就无法提高逆变器的工作效率。
发明内容
本发明提供一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法及存储介质,解决了现有的逆变器处理芯片价格过高,导致生产成本与工作效率(即运算能力)不兼容的技术问题。
为解决以上技术问题,本发明提供一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法,包括MCU及与其连接的逆变电路,所述逆变电路的输入端连接直流电源;
所述MCU用于根据预设调制算法计算出目标弧度,进而根据所述目标弧度输出对应的目标正弦载波;
所述逆变电路用于根据所述目标正弦载波进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电;
所述预设调制算法的计算公式如下:
其中,Vac为正弦波交流电的电压值,Vdc为直流电源的电压值,θ为逆变电路的目标弧度。
本基础方案基于现有的逆变器成本与运算能力的兼容需要,设计了预设调制算法计算出目标弧度,进而根据所述目标弧度输出对应的目标正弦载波,控制逆变电路进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电,算法简单、计算量小、运行效率高,因此采用程序空间较小的处理芯片,即可实现低成本、高效率的逆变交流输出。
在进一步的实施方案中,所述根据预设调制算法计算出目标弧度具体为:
A、根据所述逆变电路的载波频率和逆变频率,确定每一逆变周期内的载波总数;
B、根据所述载波总数划分出所述每一载波的目标角度变量;
C、根据所述目标角度变量,确定每一逆变周期内所述逆变电路的弧度值的变化规律;
D、根据所述变化规律及当前的时间阶段,计算所述目标弧度。
在进一步的实施方案中,所述步骤C包括:
C1、根据所述载波总数,将每一逆变周期均等份划分为多个时间阶段;
C2、计算每一所述时间阶段与所述目标角度变量的第一函数关系公式;
C3、将所述第一函数关系公式代入正弦公式,得到每一周期内每一所述时间阶段的弧度值,并建立第二函数关系公式。
本方案着手于脉宽调制中弧度值的周期变化,反向计算出每一周期各个的时间阶段中逆变器的弧度值,缩短计算时间,从而可快速地输出正弦波交流电。
在进一步的实施方案中,在所述步骤C2中,当将每一载波对应一时间阶段时,所述第一函数关系公式如下:
其中,X为表示当前的时间阶段的变量,n载波总数。
本方案设置每一载波对应一时间阶段,进行弧度分配以及弧度值计算,可降低弧度值的计算难度,提高计算效率。
在进一步的实施方案中,在所述步骤C2中,所述第二函数关系公式如下:
当所述时间阶段为所述逆变周期的正半周时,即则,
当所述时间阶段为所述逆变周期的负半周时,即则,
其中,X为表示当前的时间阶段的变量,X∈N,n为载波总数。
本发明还提供一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序用于实现上述一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法。其中,存储介质可以是磁碟、光盘、只读存储器(Read Only Memory,ROM)或者随机存取器(Random Access Memory,RAM)等。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法中的正弦波交流电的输出示意图;
其中:MCU1,逆变电路2。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式,实施例的给出仅仅是为了说明目的,并不能理解为对本发明的限定,包括附图仅供参考和说明使用,不构成对本发明专利保护范围的限制,因为在不脱离本发明精神和范围基础上,可以对本发明进行许多改变。
实施例1
本发明实施例提供的一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法,如图1所示,在本实施例中,包括MCU1及与其连接的逆变电路2,逆变电路2的输入端连接直流电源;
MCU1用于根据预设调制算法计算出目标弧度,进而根据目标弧度输出对应的目标正弦载波;
逆变电路2用于根据目标正弦载波进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电。在本实施例中的逆变电路2为常规的逆变桥电路,因此在本发明实施例中不再赘述。
预设调制算法的计算公式如下:
其中,Vac为正弦波交流电的电压值,Vdc为直流电源的电压值,θ为逆变电路2的目标弧度,0≤θ<2π。
在本实施例中,根据预设调制算法计算出目标弧度具体为:
A、根据逆变电路2的载波频率和逆变频率,确定每一逆变周期内的载波总数。
在本实施例中,设逆变频率为Fb(基波频率),载波频率为Fc,则可定义整个周期的载波个数即每个载波,逆变器输出旋转个弧度,n个载波刚好旋转一周(圈)。
B、根据载波总数划分出每一载波的目标角度变量;
C、根据目标角度变量,确定每一逆变周期内逆变电路2的弧度值的变化规律,包括步骤C1~C2:
C1、根据载波总数,将每一逆变周期均等份划分为多个时间阶段;
C2、计算每一时间阶段与目标角度变量的第一函数关系公式。
在本实施例中,当将每一载波对应一时间阶段时,第一函数关系公式如下:
其中,X为表示当前的时间阶段的变量,n载波总数。
本实施例设置每一载波对应一时间阶段,进行弧度分配以及弧度值计算,可降低弧度值的计算难度,提高计算效率。
C3、将第一函数关系公式代入正弦公式,得到每一周期内每一时间阶段的弧度值,并建立第二函数关系公式。
在本实施例中,第二函数关系公式如下:
当时间阶段为逆变周期的正半周时,即则,
当时间阶段为逆变周期的负半周时,即则,
其中,X为表示当前的时间阶段的变量,X∈N(N为整数),n为载波总数。
本实施例着手于脉宽调制中弧度值的周期变化,反向计算出每一周期各个的时间阶段中逆变器的弧度值,缩短计算时间,从而可快速地输出正弦波交流电。
D、根据变化规律及当前的时间阶段,计算目标弧度。
在本实施例中,具体的正弦波交流电的输出过程如下:
以正弦波交流电的初相位为0为例,此时X初值为0,MCU1将直接根据公式(3)计算出目标弧度,每经过一个时间阶段则X+1,进而根据公式(1)输出对应的目标正弦载波;
例如,当θ=0,则X=0,sin(θ)=0;
当则sin(θ)=1;
当则sin(θ)=-1。
逆变电路2用于根据目标正弦载波进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电。
当逆变周期进入负半周时,MCU1将直接根据公式(4)计算出目标弧度,同理,每经过一个时间阶段则X+1,进而根据公式(1)输出对应的目标正弦载波。
本发明实施例基于现有的逆变器成本与运算能力的兼容需要,设计了预设调制算法计算出目标弧度,进而根据目标弧度输出对应的目标正弦载波,控制逆变电路2进行脉宽调制,将接入的直流电源转化为对应的正弦波交流电,算法简单、计算量小、运行效率高,因此采用程序空间较小的处理芯片,即可实现低成本、高效率的逆变交流输出。
实施例2
本发明实施例还提供一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序用于实现上述实施例1提供的一种离网型逆变器的模拟正弦波调制方法。其中,存储介质可以是磁碟、光盘、只读存储器(Read Only Memory,ROM)或者随机存取器(Random AccessMemory,RAM)等。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
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