课程设计-5KVA单相逆变器设计与仿真

5KVA单相逆变器设计与仿真姓名：班级：学号：同组同学：目录TOC\o"1-3"\h\u77831、技术要求 282462、负载参数计算 2197223、滤波电路的设计 2311814、逆变电路输出电压 349905、逆变电路输出正弦电压 5225026、逆变器输出电流的计算 6324807、主开关元器件的选择 7287838、控制策略 8184669、控制器设计与仿真 83089411、结论 13（1）空载时公式SEQ公式\*ARABIC1公式SEQ公式\*ARABIC2公式SEQ公式\*ARABIC3额定负载时1）当时 公式SEQ公式\*ARABIC4 公式SEQ公式\*ARABIC5 公式SEQ公式\*ARABIC6 公式SEQ公式\*ARABIC72）当时 公式SEQ公式\*ARABIC8 公式SEQ公式\*ARABIC9 公式SEQ公式\*ARABIC10 公式SEQ公式\*ARABIC11 公式SEQ公式\*ARABIC12（3）过载150%时1）当=1时公式23 公式24 公式252）当=0.8时 公式26=56.2A公式27=35.3V 公式285、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K<1， 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。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SEQ公式\*ARABIC13 公式SEQ公式\*ARABIC14 公式SEQ公式\*ARABIC15 公式SEQ公式\*ARABIC16 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cosφ=0.8，输出滤波电感L=2mH，输出滤波电容C=400μF，等效阻尼电阻r=0.1Ω，PWM开关频率fsw=10kHz。取期望阻尼比ζr=0.8，期望自然频率ωr=2500，m=6,n=8可得：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