GPT-4o给出的设计方案：

一、设计思路

1. 整流与逆变

   • 使用隔离变压器将220VAC电压降至适合整流器的电压。
   • 高效整流器将交流电转换为稳定的直流电。
   • 三相逆变器将直流电逆变为三相交流电，同时调节频率和电压。

2. 控制系统

   • MCU（如STM32）通过PWM控制逆变器，实现输出频率和幅值的调节，并监控输出参数。
   • 在系统中增加电流、温度等保护机制，当超过设定值时自动断开电源。

3. 反馈与显示

   • 实时监测输出电压、电流、频率并通过LCD显示，实现参数的可视化；
   • 增强系统的安全和稳定性。

二、简单论证

通过在电源变换中加入高效变压整流和逆变技术，结合MCU的精确控制，可以实现稳定可靠的三相正弦波变频电源系统。通过实时监测与保护，可以确保系统在各种工况下的安全运行。

三、重要的指标和理论分析

1. 输出电压和频率

   • 输出电压有效值：36V，误差≤5%（基本要求）；≤1%（发挥部分）。
   • 输出频率范围：20Hz～100Hz，误差≤0.5Hz；
   • 各相电压差值≤0.5V，三相电流差值≤0.5A。

2. 波形质量

   • 输出电压波形应接近正弦波，失真度小于5%，通过示波器观察应无明显失真。

3. 输入电压范围与负载能力

   • 输入电压：198V～242V，恒定输出36V；
   • 负载电流范围：0.5A～3A，过流保护值3.6A。

4. 保护机制

   • 过流、过温、欠压等保护机制，保障系统安全运行。

四、电路原理图设计要点

1. 隔离变压器与整流器

   • 隔离变压器将220V交流电转换为适合整流器输入的交流电压；
   • 选用高效整流桥（如GBU8J）将交流电转换为直流电。

2. 三相逆变器

   • 使用IGBT模块和驱动电路实现直流电向三相交流电的转换；
   • 通过MCU输出的PWM信号控制IGBT模块的开关时间，调节输出电流和电压。

3. 控制与反馈电路

   • MCU通过ADC采集反馈信号，实时调节PWM信号；
   • 增加电流、电压传感器反馈到MCU，监控并保护系统。

五、核心器件设计要点

1. STM32 MCU

   • 提供PWM信号，实现对逆变器的精确控制；
   • 通过ADC监测电压、电流、温度等参数，实现保护和闭环控制。

2. IGBT模块（如IRG7R315U）

   • 高效逆变，实现三相交流电的逆变；
   • 配合驱动电路，实现可靠的高频开关。

3. 电压电流传感器（如ACS712）

   • 实时监测电流、电压，确保反馈信号的精确采集；
   • 提供有效的过流保护信号。

MCU重要功能的C代码和介绍

以下是一个基本实现使用PWM控制逆变器的C代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

// PWM引脚配置
#define PWM_PIN_1 GPIO_PIN_0
#define PWM_PIN_2 GPIO_PIN_1
#define PWM_PIN_3 GPIO_PIN_2

// 采样引脚
#define VOLTAGE_PIN GPIO_PIN_3
#define CURRENT_PIN GPIO_PIN_4

void setup() {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC_Init();
    MX_PWM_Init();
}

void HAL_TIM_PWM_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim) {
    // PWM初始化
    // 配置PWM引脚
}

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc) {
    // ADC初始化
    // 配置采样引脚
}

void loop() {
    while (1) {
        // 读取电压和电流检测值
        uint32_t voltage = HAL_ADC_GetValue(&hadc1, VOLTAGE_PIN);
        uint32_t current = HAL_ADC_GetValue(&hadc1, CURRENT_PIN);

        // 基于检测值调整PWM输出
        // 模拟调节输出电压和频率

        HAL_Delay(100);  // 调整周期
    }
}

int main(void) {
    setup();
    loop();
}

这个题目考察的知识点：

本题考察了设计和制作三相正弦波变频电源的能力，主要涉及以下几个方面：

1. 电源转换技术：包括隔离变压器降压、整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电逆变成三相交流电。对电源的效率、稳定性和可靠性都有极高要求。

2. PWM控制：利用MCU产生PWM信号精确调节逆变器的输出，从而控制输出电压和频率，确保输出为稳定的正弦波。

3. 测量与反馈：通过电压、电流传感器实时监测输出参数，并反馈给MCU进行闭环控制，提高系统的准确性和响应速度。

4. 保护机制：设计过流、过压、过温等多种保护机制，保障系统的安全性和可靠性。

5. 系统集成与调试：结合各个模块，实现整体系统设计，并进行调试，确保满足各项技术指标和要求。