逆变电路的实现doc.docx

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逆变电路的实现doc

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：

年月日

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

1KVA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。

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：

=S/U=1000/220=4.55A

额定的负载：

=U/=220/4.55=48.4

4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：

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=，其输出电压，导通180度后，T1、T4关断，让T2、T3导通，同样导通180度，此时=-，这就完成一个周期的逆变过程。

最终输出的波形为矩形波。

[1]

2.参数计算：

对电压波形进行定量分析。

把幅值为Ud的矩形波展开成傅里

叶级数得

其中，基波的幅值和基波有效值分别为

逆变电路的输出端需要满足设计要求，因此=220V。

可得=/0.9=244.4V

忽略电路的损耗，根据能量守恒：

得到

3.器件选择：

续流二极管（VD1、VD2、VD3、VD4）的反向最大耐压.

可供选择的二极管型号有：

10CTQ150-1（=10.00A=150V=0.73V）

40L15CTS（=10.00A=150V=0.41V）

IGBT管（T1、T2、T3、T4）的最大集射极电压>122V,最大电流要大

于逆变电路的额定电流，。

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：

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Ui，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，

取额定负载的0.5倍，取0.1倍开关频率6HZ

计算得

3.器件选择：

滤波电感可供选择：

轴向滤波电感

规格：

LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019

电感量：

0.1uH-10mH

额定电流：

65mA~10A

滤波电容可供选择：

500V3900UF电容500V3900UF

500V4400UF电容500V4400UF

4.3升压斩波单路

升压斩波电路如图4-3所示：

图4-3升压斩波电路图

1.原理说明：

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V处于通态的时间为，此阶段电感L上积蓄的能量为。

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，则在此期间电感L释放能量为。

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

=

化简得

式中，，输出电压高于电源电压，起升压作用。

[1]

2.参数计算：

储能电感：

假定忽略斩波电路的内部损耗，则（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，故有

我们选择，则电感

有

且

因此

已知Vo=244V，Vi=48V，取Io=Ii=4.01A，f=60HZ

则：

滤波电容：

假如滤波电容C必须在V开启的期间供给全部负

载电流，设在期间，C上的电压降纹波电压由式

和得

所以

4.2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3~4度，精度低。

[1]

4.5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

[2]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：

年月日