逆变电路的实现

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1、学 号： 0121111360203课程设计题目1KVA单相逆变器设计学院自动化学院专业自动化班级自动化1102班姓名吴淼指导教师朱国荣2014年 1月 2 日课程设计任务书学生姓名： 吴淼 专业班级：自动化1102班指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院题 目：1KVA单相逆变器设计初始条件：输入直流电压：48V。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求）设计容量为1KVA的逆变器，要求达到：1、输出单相220V交流电。2、完成总体系统设计。3、完成总电路和电力电子器件电压和电流定额计算。时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。第一阶段：复习有关

2、知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。约占总时间的40%。第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。指导教师签名：年 月 日系主任（或责任教师）签名: 摘要 与整流电路相对应，把直流电变成交流电称为逆变。当交流侧接有电源 时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。根据直流侧电 源的性质又可分为电流型逆变电路和电压型逆变电路。本次课程设计是要设计一 个电压型逆变电路，并且属于无源逆变。设计中需要考虑电路的输出容量和输出 电压满足设计要求，因此就需要对电路中用到的各种电子元器件的

3、参数进行计 算，并且需要还需要确定主要器件的类型。关键词：逆变，直流斩波，滤波目录1概述12设计思路23定额计算24电路设计与参数计算34.1逆变电路34.2滤波电路44.3升压斩波单路54.2驱动单元65心得体会8参考文献9本科生课程设计成绩评定表101KVA单相逆变器设计1概述简单地说，逆变器就是一种将低压（12或24或48V）直流电转变为220V交 流电的电子设备。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成，它实现直流交流转换， 因此这个部件最重要的可靠性和转换效率。通常我们将220V交流电整流变成直 流电使用，而逆变器的作用刚好与之相反，因此而得名。根据波形的分类，只要可以分为两类，一类是正弦

4、波逆变器，另一类是方波 逆变器。正弦波逆变器输出的是同我们日常使用的电网一样的正弦波交流电，它 不存在电网中的污染。方波逆变器输出的则是质量较差的方波交流电，其正向最 大值到负向最大值几乎同时产生，这样，对负载的逆变器本身造成剧烈的不稳定 影响。同时，其负载能力差，不能带感性负载。总的来说，正弦波逆变器提供高 质量的交流电，能够带动任何种类的负载，但技术要求和成本较高，而方波的制 作采用简易的多谐振荡器，实现较为简单，不过由于其缺点太过突出，已经淡出 现在的市场了。按照直流侧的电源性质，逆变电路可以分为两种：直流侧是电压源的称为电 压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。1本次课设设

5、计的要求是设计一个容量为1KVA的单相逆变器，输入的是48V 直流电，输出220V交流电。根据以上的信息内容，为了输出的交流电质量较高， 需要实现正弦波逆变器的功能，输出为正弦波；题目要求是输入48V直流电， 因此直流侧是电压源，设计的电路应属于电压型逆变电路。2设计思路设计流程如图2-1所示:图2-1课程设计的要求输出为交流电，因此需要设计一个单相的逆变电路，将给定 的直流电转换为交流电。经过分析之后，单相桥式逆变电路是一个不错的选择。设计中需要将48V电变为220V电压，所以中间必须要加一个升压装置，可 以通过变压器升压，也可以通过直流斩波进行升压。该设计选择直流斩波电路进 行升压的工作。

6、首先将48V直流电通过直流斩波电路将电压上升到某个值，升 压后的直流电在进入逆变电路逆变成所需要的220V交流电。为了最终获得的正弦波形，需要对逆变电路输出的矩形波进行滤波，设计一 个LC振荡电路可以实现。3定额计算该逆变器的容量要求是S=1KVA，输出电压为U=220V。所以额定电流值：I1 =S/U=1000/220=4.55 A额定的负载：RL =U/11 =220/4.55=48.44电路设计与参数计算4.1逆变电路逆变电路电路原理图如图4-1所示:UidTiT3，不.VD3UodVD2T4ZE VD4图4-1单相逆变电路原理图1. 原理说明：电压型全桥逆变电路的原理图如上图所示，它共

7、有四个桥臂。桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂 同时导通。两对交替各导通180度。当输出端接上负载时，设某时刻t1,T1、T4成对导通，此时Uod=uid，其输出电压Uod，导 通180度后，T1、T4关断，让T2、T3导通，同样导通180度，此时uod=-uid，这就完成一个周期的逆变过程。最终输出的波形为矩形波。12. 参数计算：对电压波形进行定量分析。把幅值为Ud的矩形波uod展开成傅里叶级数得 Uod=4Ud(sinwt+sin3应/3+sin5wt/5 + )/兀其中，基波的幅值Uo1m和基波有效值Uod1分别为Uo1m = 4Uid / 兀=1.27 UidU

8、od1 = 2Uid/ 兀=0.9七逆变电路的输出端Uod1需要满足设计要求，因此Uod1=220V。可得Uid = Uod1/0.9=244.4V忽略电路的损耗，根据能量守恒：UidIid = S 得到Iid = S/Uid = 1000/244.4 = 4.01A3. 器件选择： 续流二极管(VD1、VD2、VD3、VD4)的反向最大耐压Um Uid/2 = 122V. 可供选择的二极管型号有：10CTQ150-1(If=10.00A Vrrm=150V Vf =0.73V)40L15CTS (If=10.00A Vrrm=150V Vf =0.41V) IGBT管(T1、T2、T3、T4

9、)的最大集射极电压Ucem122V,最大电流要大 于逆变电路的额定电流I1，Im I1 = 4.55A。可供选择的IGBT的型号有:GT8Q101(最高耐压V=1200V 最大电流I=8A) GT8Q191(最高耐压V=1900V最大电流I=8A)4.2滤波电路滤波电路如图4-2所示：L1 .IEci n zi图4-2滤波电路1. 原理说明：该滤波电路是由电容和电感组成的LC震荡电路。从输入端输入一个矩形波5,经过LC震荡电路可以将其转化为正弦信号，带动负 载Zf。2. 参数计算：滤波电感L1 = p/2兀fc，C1 = 1/2兀fcpp取额定负载的0.5倍，fc取0.1倍开关频率6HZ计算得

10、 L1 0.5 x 48.4 /(2 x 3.14 x 6) = 6.42mHC 1/(2x 3.14 x 6x 0.5 x 48.4) = 1.1mF3.器件选择： 滤波电感Lf可供选择：轴向滤波电感规格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019电感量：0.1uH-10mH额定电流：65mA10A 滤波电容Cf可供选择：500V3900UF电容500V 3900UF500V4400UF 电容 500V 4400UF4.3升压斩波单路升压斩波电路如图4-3所示：VDC1 10LFUo1.原理说明:图4-3升压斩波电路图首先假设电路中电感L值很大电容C值也很大。当可控开关V

11、处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I，同时电容C上的电压向负载R供电。因C值很大，基本保持输出电压Uo为恒值。设 1V处于通态的时间为ton，此阶段电感L上积蓄的能量为EIt on。当V处于断态时E和L共 同向电容C充电并向负载R提供能量。设V处于断态的时间 为toff，则在此期间电感L释放能量为(Uo E)Itoff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量于释放的能量相等，即(Uo - E)Itof = EZton化简得(ton + toff)E/toff = ET/toff式中，T/toff 1，输出电压高于电源电压，起升压作用。12. 参数计算:储能电感:假定忽

12、略斩波电路的内部损耗，则*1产Vo*Io(Vi、Ii是电路的输入电压，电流，Vo、Io是电路的输出电压， 电流)， 因为 Vo = Vi*toff 故有 Ii = Vo*Io/Vi = Io*T/tff我们选择 AI = Vi*ton/L = 1.4Ii，则电感 L = Vi*ton/1.4Ii有 ton = T*(Vo Vi)/Vo = (Vo Vi)/f*Vo且 Ii = Vo*Io/Vi因此 L = Vi2*(Vo-Vi)/1.4f*Vo2*Io已知 Vo=244V，Vi=48V，取 Io=Ii=4.01A，f=60HZ贝U：L482(244-48)/1.4*60*244*4 = 0.0

13、 1 4H = 14. 4mH滤波电容：假如滤波电容C必须在V开启的ton期间供给全部负载电流，设在ton期间，C上的电压降 纹波电压由式C = Io*(ton/AVo)和 ton = T*(Vo Vi)/Vo 得C = Io* (Vo Vi)/f *Vo* AVoAVo 32*10% = 3.2V所以 C4.01*(244-48)/60*3.2*244 = 16.7uF4.2驱动单元电路设计中，逆变电路中和升压斩波电路中的IGBT管都需要驱动，首先考 虑逆变电路的驱动单元。逆变电路有4个IGBT需要驱动信号，这4个IGBT桥式连接，因此可以考 虑用集成触发器进行驱动。选用KJ004集成电路为

14、斩波电路中IGBT的提供触 发信号，选用两个KJ004集成块和一个KJ041集成块，即可形成四路双脉冲，在由四个晶体管进行脉冲放大，即构成单相桥式逆变电路的集成驱动单元。以上驱动电路均为模拟的，其优点是结构简单、可靠，但缺点是易受电网电压的影响，触发脉冲的不对称度较高，可达34度，精度低。14.5总体设计总体的设计图如图4-4所示：图4-4总体设计图上图为总体设计图，首先48V的直流电（E）通过升压斩波环节进行升压， 得到较高的直流电之后，通过逆变环节将直流电逆变为220V的交流电，得到矩 形波，最后进入一个简单的LC震荡环节，进行滤波处理，使矩形波变为所需输 出的220V正弦波，给外接负载供

15、电。5心得体会通过这几天的不断学习，分析，设计，终于完成了这次电力电子课程设计- 单相逆变电路。在整个过程中遇到了一些问题，有些问题通过上网，图书馆去查 资料以及询问课设老师和同学，我顺利地解决了许多问题，最重要的是关键问题 得到了解决，才使得我能够很好地完成这次课程设计。虽然还有些问题不能完全 解决，但是我已经尽力了，我对自己在这次课设中的表现感到满意。在这次课设中，自己的自学能力得到了很到的锻炼机会，课设老师在布置课 设题目和要求时，明确地表示这次设计要求自己完成，不能Copy。因此在这段 课设时间里，我决定通过自己的努力，独立完成它。于是我就不断地寻找相关书 籍，不断上网查找资料，重新学

16、习了以前在课堂上没能很好把握的内容和知识。 我觉得通过自学特定的内容，然后去解决相应的问题，这样往往学习效率会比较 高，对知识的掌握程度也会更深一个层次。同时我还明白了要设计好一个电路或者其他东西，需要考虑的事情包括了方 方面面，只有考虑得足够全面，这样的设计才会做得更好，才是有其价值的。不 过要想做得全面，就需要认真的态度，没有认真的态度，在这么短的时间里想做 得比较好，是不太可能的。做事情就怕“认真”两字，只要认真去做一件事情， 在困难的事也会变得没有想象的那么可怕和难以完成，只要采取行动，坚持去做， 不管结果怎样，自己都会感到很满意、很有收获！参考文献1王兆安、刘进军，电力电子技术，机械工业出版社 李宏，电力电子变流设备控制板及应用，科学出版社3冯玉生、李宏，电力电子变流装置典型应用实例，机械工业出版社本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：序号评定项目评分成绩1选题合理、目的明确（10分）2设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）3设计结果（例如：硬件成果、软件程序）（25分）4态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）5设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（10分）6答辩（20分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：