课程设计—KVA单相逆变器设计与仿真.doc

. 5KVA单相逆变器设计与仿真姓名：班级： 学号：同组同学：精选范本目录1、技术要求22、负载参数计算23、滤波电路的设计24、逆变电路输出电压35、逆变电路输出正弦电压56、逆变器输出电流的计算6 7、主开关元器件的选择7 8、控制策略79、控制器设计与仿真811、结论121、技术要求1）输出电压：110V 2）输出频率：50HZ3）输出功率：5KVA 4）负载功率因数： 5）过载倍数：1.52、负载参数计算1）负载电感最小值计算 公式 1 公式 2 公式 32）负载电阻最小值计算 （1）当时， 公式 4 （2）当时， 公式 53、 滤波电路的设计1）滤波电感的设计作用：（1）减小输出电压的谐波电压；（2）保证基波电压的传输。注意：不应太大而接近于1，应较小。选, 公式 6实取2mH。 公式 7滤波电路固有频率 公式 82）滤波电容的设计 滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时先选择设计滤波电容。取滤波电容容抗为负载电感感抗的2倍： 公式 9 取400uF，4个100uF、250V的电容并联起来。 公式 104、逆变电路输出电压 如图1单相逆变器主电路结构图，L为输出滤波电感，C为滤波电容，r为综合了线路电阻、滤波电感等效串联电阻、开关管压降和死区效应等因素的等效电阻。图1（1）空载时 公式 1 公式 2 公式 3（2） 额定负载时 1）当时 公式 4 公式 5 公式 6 公式 7 2）当时 公式 8 公式 9 公式 10 公式 11 公式 12（3）过载150%时1）当 =1时 公式 23 公式 24 公式 25 2）当 =0.8时 公式 26=56.2A 公式 27 =35.3V 公式 28 5、逆变电路输出正弦电压全桥电路输出电压与输入电压的关系为 公式 29由于桥臂上下管互补通断要保留一定的死去时间，且管子导通有压降，故输出电压达不到,只能达到M为同一通路中开关器件个数（m=2），k是死区时间引起的压降系数K1， 公式 30 设=0.9328 管压降取3V， 公式 31取190V，逆变电路输出电压为 取150V。6、逆变器输出电流的计算（1）逆变器输出电流有效值 公式 32 公式 33（2）逆变器输出电流峰值 公式 34 公式 357、主开关元器件的选择（1）常用开关器件功率-频率如图所示 选择MOSFET（2） MOSFET流过的峰值电流和耐压值的计算 公式 36 公式 37 公式 388、控制策略逆变器双闭环控制结构由外环电压调节器和内环电流调节器组成。外环电压调节器一般采用PI调节器，内环电流调节器可以采用PI调节器或P调节器。电容电流内环电压外环控制系统动态性能好，抗负载扰动性能强。PWM逆变器电容电流内环电压外环双环控制系统框图如图2所示：电压给定信号 ur与输出电压反馈信号 u0比较得到电压误差，经过电压调节器 Gv产生电流给定信号 uir，uir与电容电流反馈信号 ic比较而得的电流误差信号经过电流调节器 Gi 形成控制量 u1，对逆变器实施控制。9、 控制器设计与仿真（1）控制器的设计在该双环控制方案中，电流内环采用PI调节器，简称双环PI-PI控制系统。其中电流调节器Gi 的比例环节用来增加逆变器的阻尼系数，使整个系统工作稳定，并保证有很强的鲁棒性；电流调节器的积分环节用来减少电流环稳态误差；电压外环也采用PI调节器，电压调节器GV的作用是使得输出电压波形瞬时跟踪给定值。这种电流内环电压外环双环控制的动态响应速度十分快，且静态误差很小。电压和电流调节器分别为：电压和电流调节器分别为： 公式 39 公式 40可得到该控制系统的传递函数： 公式 41 系统输出传函中的前一部分 () urGs体现了控制系统输出对正弦电压给定ru的跟踪性能，而后一部分 () ioGs体现了负载电流对控制系统输出的扰动特性，即系统等效输出阻抗。其中控制系统特征方程为： 公式 42对上述系统按极点配置方法设计控制器参数。双环控制系统的控制器参数按常规方法设计，需考虑两个调节器之间的响应速度、频带宽度的相互影响与协调，制器设计步骤复杂，还需要反复试凑验证；采用极点配置方法大大简化了设计过程，同时能满足高性能指标要求，这种设计方法具有明显的优越性。四阶系统希望闭环主导极点公式 43非主导极点 公式 44 公式 45希望四阶系统特征方程为 公式 13 公式 14 公式 15 公式 16公式 50公式 51的实数根公式 52公式 53针对一台单相PWM逆变器进行双环控制器设计，逆变器的主要参数如下：额定输出电压Uor=110V（rms），额定频率f=50Hz，额定输出功率Po=5kW，额定功率因数cos=0.8，输出滤波电感L=2mH，输出滤波电容C=400F，等效阻尼电阻r=0.1，PWM开关频率 fsw=10kHz。取期望阻尼比r=0.8，期望自然频率r=2500，m=6,n=8可得：（2） 仿真结果将图3数学模型仿真，得图4波形如下图3波形图 输出电压波形图突加负载时的电压波形图（放大） 突减负载时的电压波形图（放大） 11、结论 本文建立了单相逆变器的数学模型，采用电压电流双环控制，对单相PWM逆变器进行建模仿真。采用极点配置的方法设计控制器参数。仿真和实验