逆變電路的實(shí)現(xiàn)

1、學(xué) 號(hào)： 0121111360203課 程 設(shè) 計(jì)題 目1KVA單相逆變器設(shè)計(jì)學(xué) 院 自動(dòng)化學(xué)院專 業(yè) 自動(dòng)化班 級(jí)自動(dòng)化1102班姓 名吳淼指導(dǎo)教師 朱國(guó)榮2014年1月2日 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 吳淼 專業(yè)班級(jí)： 自動(dòng)化1102班 指導(dǎo)教師： 朱國(guó)榮 工作單位： 自動(dòng)化學(xué)院 題 目: 1KVA單相逆變器設(shè)計(jì)初始條件：輸入直流電壓：48V。要求完成的主要任務(wù): （包括課程設(shè)計(jì)工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）設(shè)計(jì)容量為1KVA的逆變器，要求達(dá)到：1、輸出單相220V交流電。2、完成總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3、完成總電路和電力電子器件電壓和電流定額計(jì)算。時(shí)間安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周，將其

2、分為三個(gè)階段。第一階段：復(fù)習(xí)有關(guān)知識(shí)，閱讀課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，搞懂原理，并準(zhǔn)備收集設(shè)計(jì)資料，此階段約占總時(shí)間的20%。第二階段：根據(jù)設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)要求選擇方案，設(shè)計(jì)計(jì)算。約占總時(shí)間的40%。第三階段：完成設(shè)計(jì)和文檔整理，約占總時(shí)間的40%。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 摘要與整流電路相對(duì)應(yīng)，把直流電變成交流電稱為逆變。當(dāng)交流側(cè)接有電源時(shí)，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載連接時(shí)，稱為無源逆變。根據(jù)直流側(cè)電源的性質(zhì)又可分為電流型逆變電路和電壓型逆變電路。本次課程設(shè)計(jì)是要設(shè)計(jì)一個(gè)電壓型逆變電路，并且屬于無源逆變。設(shè)計(jì)中需要考慮電路的輸出容量和輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求，因此

3、就需要對(duì)電路中用到的各種電子元器件的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并且需要還需要確定主要器件的類型。關(guān)鍵詞： 逆變，直流斬波，濾波 目錄1 概述12 設(shè)計(jì)思路23 定額計(jì)算24 電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算34.1 逆變電路34.2 濾波電路44.3 升壓斬波單路54.2 驅(qū)動(dòng)單元65 心得體會(huì)8參考文獻(xiàn)9本科生課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表101KVA單相逆變器設(shè)計(jì)1 概述 簡(jiǎn)單地說，逆變器就是一種將低壓（12或24或48V）直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20V交流電的電子設(shè)備。它由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成，它實(shí)現(xiàn)直流交流轉(zhuǎn)換，因此這個(gè)部件最重要的可靠性和轉(zhuǎn)換效率。通常我們將220V交流電整流變成直流電使用，而逆變器的作用剛好與之相反，因

4、此而得名。 根據(jù)波形的分類，只要可以分為兩類，一類是正弦波逆變器，另一類是方波逆變器。正弦波逆變器輸出的是同我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娋W(wǎng)一樣的正弦波交流電，它不存在電網(wǎng)中的污染。方波逆變器輸出的則是質(zhì)量較差的方波交流電，其正向最大值到負(fù)向最大值幾乎同時(shí)產(chǎn)生，這樣，對(duì)負(fù)載的逆變器本身造成劇烈的不穩(wěn)定影響。同時(shí)，其負(fù)載能力差，不能帶感性負(fù)載?？偟膩碚f，正弦波逆變器提供高質(zhì)量的交流電，能夠帶動(dòng)任何種類的負(fù)載，但技術(shù)要求和成本較高，而方波的制作采用簡(jiǎn)易的多諧振蕩器，實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，不過由于其缺點(diǎn)太過突出，已經(jīng)淡出現(xiàn)在的市場(chǎng)了。 按照直流側(cè)的電源性質(zhì)，逆變電路可以分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路；直流側(cè)

5、是電流源的稱為電流型逆變電路。1 本次課設(shè)設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)一個(gè)容量為1KVA的單相逆變器，輸入的是48V直流電，輸出220V交流電。根據(jù)以上的信息內(nèi)容，為了輸出的交流電質(zhì)量較高，需要實(shí)現(xiàn)正弦波逆變器的功能，輸出為正弦波；題目要求是輸入48V直流電，因此直流側(cè)是電壓源，設(shè)計(jì)的電路應(yīng)屬于電壓型逆變電路。2 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)流程如圖2-1所示： 48V直流電 （DC） 直流斬波244V直流電 （DC）單相橋式逆變220V交流電 （矩形波） LC震蕩濾波220V交流電 （正弦波） 圖2-1 課程設(shè)計(jì)的要求輸出為交流電，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)單相的逆變電路，將給定的直流電轉(zhuǎn)換為交流電。經(jīng)過分析之后，單相橋式逆變

6、電路是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。 設(shè)計(jì)中需要將48V電變?yōu)?20V電壓，所以中間必須要加一個(gè)升壓裝置，可以通過變壓器升壓，也可以通過直流斬波進(jìn)行升壓。該設(shè)計(jì)選擇直流斬波電路進(jìn)行升壓的工作。首先將48V直流電通過直流斬波電路將電壓上升到某個(gè)值，升壓后的直流電在進(jìn)入逆變電路逆變成所需要的220V交流電。 為了最終獲得的正弦波形，需要對(duì)逆變電路輸出的矩形波進(jìn)行濾波，設(shè)計(jì)一個(gè)LC振蕩電路可以實(shí)現(xiàn)。3 定額計(jì)算 該逆變器的容量要求是S=1KVA，輸出電壓為U=220V。 所以額定電流值： =S/U=1000/220=4.55 A 額定的負(fù)載： =U/=220/4.55=48.4 4 電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 4.1 逆

7、變電路 逆變電路電路原理圖如圖4-1所示： 圖4-1 單相逆變電路原理圖 1.原理說明：電壓型全橋逆變電路的原理圖如上圖所示，它共有四個(gè)橋臂。 橋臂1和4作為一對(duì)，橋臂2和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂 同時(shí)導(dǎo)通。兩對(duì)交替各導(dǎo)通180度。當(dāng)輸出端接上負(fù)載時(shí)，設(shè)某時(shí)刻t1,T1、T4成對(duì)導(dǎo)通，此時(shí)=，其輸出電壓，導(dǎo)通180度后，T1、T4關(guān)斷，讓T2、T3導(dǎo)通，同樣導(dǎo)通180度，此時(shí)=-，這就完成一個(gè)周期的逆變過程。最終輸出的波形為矩形波。1 2.參數(shù)計(jì)算： 對(duì)電壓波形進(jìn)行定量分析。把幅值為Ud的矩形波展開成傅里 葉級(jí)數(shù)得 其中，基波的幅值和基波有效值分別為 逆變電路的輸出端需要滿足設(shè)計(jì)要求，因此

8、=220V。 可得 =/0.9=244.4V 忽略電路的損耗，根據(jù)能量守恒： 得到 3.器件選擇： 續(xù)流二極管（VD1、VD2、VD3、VD4）的反向最大耐壓. 可供選擇的二極管型號(hào)有：10CTQ150-1(=10.00A =150V =0.73V) 40L15CTS (=10.00A =150V =0.41V) IGBT管（T1、T2、T3、T4）的最大集射極電壓122V,最大電流要大 于逆變電路的額定電流，。 可供選擇的IGBT的型號(hào)有：GT8Q101(最高耐壓V=1200V 最大電流I=8A) GT8Q191(最高耐壓V=1900V 最大電流I=8A) 4.2 濾波電路 濾波電路如圖4-

9、2所示： 圖4-2 濾波電路 1.原理說明：該濾波電路是由電容和電感組成的LC震蕩電路。從輸入端輸入一 個(gè)矩形波Ui，經(jīng)過LC震蕩電路可以將其轉(zhuǎn)化為正弦信號(hào)，帶動(dòng)負(fù) 載Zf。 2.參數(shù)計(jì)算： 濾波電感， 取額定負(fù)載的0.5倍，取0.1倍開關(guān)頻率6HZ 計(jì)算得 3.器件選擇： 濾波電感可供選擇：軸向?yàn)V波電感 規(guī)格：LGC0410/LGC0513/LGC0616/LGC1019 電感量：0.1uH-10mH 額定電流：65mA10A 濾波電容可供選擇：500V3900UF電容 500V 3900UF 500V4400UF電容 500V 4400UF4.3 升壓斬波單路 升壓斬波電路如圖4-3所示：

10、 圖4-3 升壓斬波電路圖1. 原理說明：首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大。當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定 為I，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因C值很大，基本保持輸出電壓Uo為恒值。設(shè)V處于通態(tài)的時(shí)間為，此階段電感L上積蓄的能量為。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時(shí)間為，則在此期間電感L釋放能量為。當(dāng)電路工作于穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中電感L積蓄的能量于釋放的能量相等，即 = 化簡(jiǎn)得 式中，輸出電壓高于電源電壓，起升壓作用。1 2.參數(shù)計(jì)算： 儲(chǔ)能電感：假定忽略斬波電路的內(nèi)部損耗，則 （Vi、Ii是電路的輸入電壓，電流

11、，Vo、Io是電路的輸出電壓，電流）， 因?yàn)?，故有 我們選擇 ，則電感 有 且 因此 已知Vo=244V，Vi=48V，取Io=Ii=4.01A，f=60HZ 則： 濾波電容：假如濾波電容C必須在V開啟的期間供給全部負(fù) 載電流，設(shè)在期間，C上的電壓降紋波電壓由式 和 得 所以 4.2 驅(qū)動(dòng)單元 電路設(shè)計(jì)中，逆變電路中和升壓斬波電路中的IGBT管都需要驅(qū)動(dòng)，首先考 慮逆變電路的驅(qū)動(dòng)單元。逆變電路有4個(gè)IGBT需要驅(qū)動(dòng)信號(hào)，這4個(gè)IGBT橋式連接，因此可以考 慮用集成觸發(fā)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。選用KJ004集成電路為斬波電路中IGBT的提供觸 發(fā)信號(hào)，選用兩個(gè)KJ004集成塊和一個(gè)KJ041集成塊，即可形

12、成四路雙脈沖， 在由四個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大，即構(gòu)成單相橋式逆變電路的集成驅(qū)動(dòng)單元。 以上驅(qū)動(dòng)電路均為模擬的，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，但缺點(diǎn)是易受電網(wǎng)電 壓的影響，觸發(fā)脈沖的不對(duì)稱度較高，可達(dá)34度，精度低。1 4.5 總體設(shè)計(jì) 總體的設(shè)計(jì)圖如圖4-4所示： 圖4-4 總體設(shè)計(jì)圖 上圖為總體設(shè)計(jì)圖，首先48V的直流電（E）通過升壓斬波環(huán)節(jié)進(jìn)行升壓，得到較高的直流電之后，通過逆變環(huán)節(jié)將直流電逆變?yōu)?20V的交流電，得到矩形波，最后進(jìn)入一個(gè)簡(jiǎn)單的LC震蕩環(huán)節(jié)，進(jìn)行濾波處理，使矩形波變?yōu)樗栎敵龅?20V正弦波，給外接負(fù)載供電。5 心得體會(huì) 通過這幾天的不斷學(xué)習(xí)，分析，設(shè)計(jì)，終于完成了這次電力電子課程

13、設(shè)計(jì)-單相逆變電路。在整個(gè)過程中遇到了一些問題，有些問題通過上網(wǎng)，圖書館去查資料以及詢問課設(shè)老師和同學(xué)，我順利地解決了許多問題，最重要的是關(guān)鍵問題得到了解決，才使得我能夠很好地完成這次課程設(shè)計(jì)。雖然還有些問題不能完全解決，但是我已經(jīng)盡力了，我對(duì)自己在這次課設(shè)中的表現(xiàn)感到滿意。 在這次課設(shè)中，自己的自學(xué)能力得到了很到的鍛煉機(jī)會(huì)，課設(shè)老師在布置課設(shè)題目和要求時(shí)，明確地表示這次設(shè)計(jì)要求自己完成，不能Copy。因此在這段課設(shè)時(shí)間里，我決定通過自己的努力，獨(dú)立完成它。于是我就不斷地尋找相關(guān)書籍，不斷上網(wǎng)查找資料，重新學(xué)習(xí)了以前在課堂上沒能很好把握的內(nèi)容和知識(shí)。我覺得通過自學(xué)特定的內(nèi)容，然后去解決相應(yīng)的問

14、題，這樣往往學(xué)習(xí)效率會(huì)比較高，對(duì)知識(shí)的掌握程度也會(huì)更深一個(gè)層次。 同時(shí)我還明白了要設(shè)計(jì)好一個(gè)電路或者其他東西，需要考慮的事情包括了方方面面，只有考慮得足夠全面，這樣的設(shè)計(jì)才會(huì)做得更好，才是有其價(jià)值的。不過要想做得全面，就需要認(rèn)真的態(tài)度，沒有認(rèn)真的態(tài)度，在這么短的時(shí)間里想做得比較好，是不太可能的。做事情就怕“認(rèn)真”兩字，只要認(rèn)真去做一件事情，在困難的事也會(huì)變得沒有想象的那么可怕和難以完成，只要采取行動(dòng)，堅(jiān)持去做，不管結(jié)果怎樣，自己都會(huì)感到很滿意、很有收獲！參考文獻(xiàn)1 王兆安、劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社2 李宏，電力電子變流設(shè)備控制板及應(yīng)用，科學(xué)出版社3 馮玉生、李宏，電力電子變流裝置典型應(yīng)用實(shí)例，機(jī)械工