电力电子电路设计与仿真------8KW逆变器设计

1、电力电子电路设计与仿真 -逆变器设计前言逆变器，英文inverter，是一种电源转换装置，可将12V或24V的直流电转换成230V、50Hz交流电或其它类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备.最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。有了逆变器，就可利用直流电（蓄电池、开关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音；在风能、太阳能领域，逆变器更是必不可少。 小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。逆变器有着广泛的用途，它可用于

2、各类交通工具，如汽车、各类舰船以及飞行器，在太阳能及风能发电领域，逆变器有着不可替代的作用。1、设计要求：输出电压：220V输出功率：8KW负载功率因素：0.81过载倍数：2输出频率：60HZ2、 设计顺序1 据负载要求设计输出电路参数2 据输出电路输入要求设计逆变器电路参数3 据逆变电路输出要求设计其输入参数4 据逆变电路输入参数设计输入整流电路参数5 当输入输出之间有电压匹配和电气隔离要求时，加入隔离电路设计系统原理框图3、 逆变器电路原理桥式逆变电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定，桥式电路的PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。当T1、T4打开而T2、T3关合时，u0=Ud;

3、相反,当T1、T4关合而T2、T3打开时，u0=-Ud。于是当桥中各臂以频率 f（由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断时，输出电压u0将成为交变方波，其幅值为Ud。控制信号频率f可以决定出端频率，改变直流电源电压Ud可以改变基波幅值，从而实现逆变的目的。 单相全桥逆变电路原理图ttu-uottttttVViott 单相全桥逆变电路的工作波形4、 参数计算1) 负载参数计算1 负载电阻最小值当 Cos=1：；当Cos=0.8：。2 负载电感最小值 2) 滤波电路的参数设计滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电压影响极大，所以设计滤波电路时，先选择滤波电容，其中选取准则是：滤波电容容抗=2倍负载电

4、感感抗。容抗 电容取130uF，400V，50Hz交流电容(滤波电容）用于60Hz时耐压降为5、无隔离变压器时，逆变电路输出电流有效值1 长期满载连续最大电流2 短期过载最大电流3 阻感负载时，短期最大电流6、 无隔离变压器时，逆变电路输出电流峰值1 长期满载连续电流峰值2 短期过载最大电流峰值7、 滤波电感的计算1) 滤波电感的作用：1 减小输出电压的谐波，所以L不可太小；2 为保证基波电压的传输，L不可太大。2) 设计滤波器应注意一下问题1 滤波电路固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率；2 为保证基波压降足够小，不应该太大，而应该接近于1，也不应太小。选WL=0.6 ，所以 实际取L

5、=1.6mH所以，感抗 滤波电路固有频率8、 逆变电路输出电压 1 空载 2 额定负载，cos=1时 3 过载200%9、 根据开关器件流过的电流选择开关器件根据6可知，流过开关器件峰值电流为103.99A，开关器件选型电流可选为使用电流峰值1.52倍。连续情况选2倍，I=2*103.99=207.98A过载情况下选1.5倍，I=1.5*103.99=156A所以，经济性考虑，选择200A的管子，可靠性考虑选择300A的管子。10、 逆变电路直流侧电压本设计采用单相全桥电路结构，输出交流电压要求=220V，即 所以所以逆变器直流侧电压选择248V11、 逆变器主开关器件耐压计算开关器件的耐压，

6、根据所有工况下的最高电压考虑，即逆变器交流侧的峰值电压 开关器件耐压选实际工作电压的2倍，2*314.9=629.8V实际选700V的开关器件。12、 逆变器的数学模型 滤除绝大部分谐波电压；滤除绝大部分谐波电流r：等效阻尼电阻L的等效串联电阻，线路电阻死区效应，管压降。：直流母线电压 逆变桥输出电压：逆变器输出电压 ：电感电流：负载电流1) SPWM逆变电路的数学模型（与脉冲发出方式有关） (i=a,b)表示相应桥臂的开关函数1 对半桥电路 2 对全桥电路 状态空间平均法:在一个开关周期内，用断续变量平均值来代替瞬时值，从而得到线性化的状态空间平均模型。条件：逆变器输出频率和截止频率开关频率

7、 规则采样法说明图2) 输出滤波电路模型 消去 其中，输出变量，状态变量，状态变量输入量-1/Cs1/s1/Lr/L1 单相逆变电路数学模型（SPWM） 条件 2 输出滤波电路数学模型3) 单相逆变器控制策略1 电压单闭环控制系统-1/s1/L-PID-1/Cs r/L 在给定输入，负载扰动输入的共同作用下，闭环输入电压单闭环特征方程它的动态性能和稳定性就是D(s)的三个根在s平面的位置决定的。采用极点配置法 （非主导极点） 期望的特征方程： n越大，三个极点确定的三阶系统的响应特性就越接近于由两个主导极点决定的二阶系统13、 仿真电路模型及仿真波形 逆变桥电路模型 仿真电路波形14、 参考文献1王兆安.黄俊.电力电子技术M.北京:机械工业出版社，2008.2陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社，1991：103刘风君.现代逆变技术及应用M.北京电子工业出版社，20064 康华光.电子技术基础模拟部分M.北京:高等教育出版社，2006.5 康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社，2006.6 徐德宏.开关电源设