逆变电路的实现

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

2、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

3、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 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

4、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

5、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： 48V直流电 （DC） 直流斩波244V直流电 （DC）单相桥式逆变220V交流电 （矩形波） LC震荡滤波220V交流电 （正弦波） 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

6、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=4.55 A 额定的负载： =U/=220/4.55=48.4 4 电路设计与参数计算 4.1 逆

7、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

8、=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-

9、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：65mA10A 滤波电容可供选择：500V3900UF电容 500V 3900UF 500V4400UF电容 500V 4400UF4.3 升压斩波单路 升压斩波电路如图4-3所示：

10、 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

11、，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

12、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。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

13、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

14、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