恒压恒频正弦波逆变电源(110V-700W)设计

1、武汉理工大学电力电子装置课程设计指南课程设计任务书学生名称：李明楚专业课：电气1002课导师：徐湘莲工作单位：武汉理工大学标题：静压恒频正弦波逆变电源(110V，1000W)设计初始条件：单相交流输入220V/50Hz，输出单相交流电压110V/50Hz，THD5%，典型电阻负载，功率700W等恒频正弦波逆变电源设计。(您可以根据特定模拟或设计修改红色参数。)需要完成的主要任务：(1)主电路设计；(2)控制程序设计；(3)提供了特定滤波器参数的设计过程。(4)建立了MATLAB/Simulink中系统仿真的闭环系统仿真模型；(5)分析仿真结果，验证了设计方案的可行性。计划：从2013年6月8日

2、到2013年6月18日，用了一周半的时间。有关具体时间表，请参阅下表具体时间设计内容6.8讲师具体介绍课程设计内容、设计要求、日程、评分标准等。学生们决定了主题，明确了设计要求6.9-6.13审阅资料，完成程序的初步设计6.14-6.16指导教师审查模型，学生修改，完成，分析数学模型6.17-6.18创建课程设计手册6.18提交和回答课程设计手册教师签名指南：年月日部门主管(或负责任的教师)签署：年月日摘褥子随着现代科学技术的快速发展，逆变器应用越来越广泛，对其性能的要求在所有行业都越来越高。单相正弦逆变器是将直流反转为单相交流的设备，可以将电池转换为交流电源，为电气产品提供交流电源，也可以用

3、作计算机的UPS电源等。本文首先介绍了变频器技术的应用与开发、分类与性能、控制技术。在此基础上，选择了合理方案，通过整流滤波器将220V交流电源整流到直流，然后使用正弦波脉宽调制，通过脉冲控制IGBT的传导时间和顺序生成PWM波形，通过LC工频滤波器电路输出稳定的110V/50Hz正弦波电压，使其可用于负载。本文以每个电路的设计和分析为前提，完成了主电路及其I/o保护电路的设计，进行了参数计算，简要介绍了各部分的原理，并说明了生成SPWM波的方法。与此同时，利用MATLAB建立了单相逆变器的仿真模型，并对其进行了仿真和实验，通过各种情况的实验结果表明，通过该逆变电路获得的单相正弦波具有较高的稳

4、定性，真实感小，设计成功。关键词：逆变器、整流器、滤波器、正弦脉宽调制目录1主电路41.1整流电路41.2逆变电路52 SPWM控制电路设计52.1 SPWM波的基本原理52.2基于DSP的SPWM72.2.1 SPWM波生成方法72.3 PI调节器设计83电路设计83.1全桥逆变电路设计83.2计算原始参数93.3 LC滤波电路设计103.3.1滤波电路和原理103.3.2计算参数113.4辅助电源设计123.5设定区域时间134电路模拟和分析144.1模拟软件简介144.2 CVCF逆变电路模拟154.2.1电路设计154.2.2模拟和分析输出结果16结论19参考文献20静压恒频正弦波逆变

5、电源设计1主电路单相CVCF逆变器首先将交流整流到直流电源，然后通过输入逆变器反向切换到交流电源，最后使用变压器节省电力。再次调整SPWM，使输出为110V正弦波电压。输入逆变电路控制采用专用芯片、输出逆变电路SPWM控制和逆变器的各种保护，采用单片机控制。电池的电压过高或过低时，逆变器停止工作，指示灯发出警报，保护逆变器和蓄电池。电池的电压在正常范围内波动时，输出电压保持不变。如果输出电流太大，微控制器将停止SPWM输出并保护电源设备。1.1整流电路整流电路使用桥式整流电路。桥式整流电路如图1-1所示。在该电路中，只要两个二极管端口连接成桥结构，就有电波整流电路的优点，其缺点也在一定程度上克

6、服了。图1-1桥式整流电路原理图该整流电路在交流电源的正负伴奏下均因整流输出电流过载而成为无线电整流。输入电压在一个周期内执行整流电压波形脉动两次。整流电压平均值为二极管能承受的最大正向电压是可承受的反向电压是换向后，要连续满足电压，可以使用C=9.4，r=10 越大，谐波越小1.2逆变电路使用全桥逆变电路。该电路有四个开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲，每组控制两对开关管，不可避免地使驱动电路变得复杂。控制相对复杂，但电压利用率高，广泛用于单相逆变器，可以实现多种控制电路。图1-2:图1-2全桥逆变电路输出原侧部分电阻电容参数，尽可能小，以最小化电路损耗。欧米茄，逆变电源原始侧输出电压要获得

7、电压，有变压器比率得到正弦波振幅，L=3.6H获得的功率为700W2 SPWM控制电路设计2.1 SPWM波的基本原理SPWM调制主要是在逆变器中振幅和频率可调节的正弦波电压，是在逆变器输出交流电的一个周期内，将电流切断为相同值，宽度根据正弦定律变化的脉冲序列。此脉冲序列的宽度被过滤为与正弦波振幅一起变化的离散脉冲，从而获得正弦波交流功率。在图2-1中，三角波是载波，正弦波是预期输出正弦波。通过比较器比较正弦调制波和三角载波，并使用比较的脉冲波形触发其他开关管，可以获得SPWM波形。三角托架正弦调制波比较器SPWM图2-1 SPWM调制图SPWM脉冲电压具有与理想正弦电压相匹配的基本组件，可以

8、将最低谐波频率提高到开关频率附近的SPWM调制频率。因此，如果开关频率足够高，则可以用较小的过滤器消除谐波滤波器。此外，只要更改SPWM脉冲宽度，就可以平滑地调整输出电压的默认振幅值。应用SPWM技术的逆变器是SPWM逆变器，在波形质量和控制性能方面，方波逆变器取得了较大进展。图2-2与正弦波相等的矩形脉冲序列波形全桥逆变器的控制脉冲可根据调制分为单极SPWM、单极倍频SPWM、双极SPWM三种。单极SPWM的输出电压只能从0变化到Ud或0变化到-Ud，没有极性交换，双极SPWM的输出电压可以从Ud变化到-Ud，变化宽度是单极的两倍，开关切换时负载终端电压极性不是正数，这意味着电流的波动率大，

9、对外部干扰很强，因此通常使用较少。单极倍频SPWM调制方式比较了相位差异比单极SPWM为180度的三角载波组，只要开关频率不变，周期内正弦波中包含的矩形脉冲数为“倍”，有助于降低逆变器输出谐波。本课程将设计SPWM模块的特定电路模型，如图2-3所示。图2-3 SPWM生成模块电路其中载波频率为，调制率为0.8。2.2基于DSP的SPWM负载为线性时，现有比较器、专用集成电路、单片机等生成SPWM波形的方法在逆变器中应用于幅度和频率可调的正弦波电压，其效果勉强可见。但是，如果该逆变器具有非线性负载，电压将严重失真，谐波含量增加，严重影响负载的正常运行。使用DSP可以轻松实现高频率SPWM控制信号

10、，从而减小过滤器的大小，并更好地过滤输出电压中包含的谐波。而且，DSP完全有可能在逆变器中用于以磅为单位控制输出电压。本文使用DSP实现SPWM。2.2.1 SPWM波生成方法脉冲波的产生主要由脉宽调制芯片SG3525A进行。根据芯片SG3525A的使用原理，集成函数发生芯片ICL8038首先以双向输出生成50HZ正弦波信号。由于SG3525A内部的锯齿波振幅在1V到3.3V之间，因此相应处理的正弦波的大小在1V到3V之间，然后输入SG3525A以与芯片内的锯齿波进行比较，从而产生高频正弦波宽度脉冲。锯齿波的频率由芯片外部的冲击电阻和冲击电容确定，通常设置为几十KHZ。另一正弦波与SG3525

11、A生成的高频正弦波宽度脉冲输入和门芯片一起，将转换为50HZ的方波作为基准信号处理，最后在两个fet专用驱动芯片IR2110上输入门的输出信号，然后在IR2110上输出高频宽度调整脉冲以控制四个场效应管的替代导频，从而通过LC功率频率滤波器输出输出电压稳定的准正弦波，供负载使用。2.3 PI调节器设计工程实践中使用最广泛的调节器控制规律是比例、积分控制，简称PI控制，也称为PI控制。PI控制器在最近70年内诞生为简单的结构、卓越的稳定性、可靠的操作、轻松的调整和工业控制技术之一。PI控制技术在控制对象的结构和参数不能完全掌握或无法获得精确的数学模型的情况下，难以采用控制理论的其他技术的情况下，

12、必须根据经验和现场调试确定系统控制器的结构和参数。如果不能完全理解系统和控制对象，或者无法通过有效的测量方法获得系统参数，则PI控制技术最适合。传递函数，此设计3电路设计3.1全桥逆变电路设计本文采用单相全桥电路结构，如图3-1所示。在打开和关闭过程中，开关的瞬时过电压、过电流、电压、电流变化率过高，可能导致开关工作点超出安全工作区，从而导致设备损坏，因此，在开关管上设置缓冲电路非常重要。缓冲电路不仅可以减少开关损耗，确保设备位于安全工作空间，还可以减少开关中由于电压和电流变化率过大而引起的电磁干扰，并保持级联开关管的电压平衡。图3-1反相器3.2计算原始参数确定适配器额定电压：电源具有瞬态过

13、电压，输出电压通常为85至265V，因此应选择600V以上的电压电流适配器或二极管。通常将输入电流的峰值与有效值的比率称为波形系数，该波形系数约为2.6，比AC 220V输入整流器直接整流时正弦波大。整流器输出电流rms对平均比22.2，正弦波1.1或更高，峰值对平均比约为5.56。因此，选择适配器的额定电流时，适配器的额定电流必须是输出电流的3至10倍。所以选择：5A/700V整流桥。无极电容c测定：为了提供逆变软直流电压，必须在输入整流电路和逆变器之间添加滤波电容，以减少整流输出后直流的交流成分。过滤器电容器通常由于过滤器电解电容器自身串行等效电阻(r)和串行等效电感(l)的存在直接影响过

14、滤器效果，因此在电解电容器c的两端平行使用高频无极电容c，使高频交流元件从c通过。高频干扰电容器C可以选择高频干扰，包括电网和电源干扰，通常选择C=2(15%)或更高的其他容量(满足电容C的峰值电压，峰值电压Up=600V(使用2/630V)，因此更难确定功率容量。输入电压为85265V的滤波电容器的最大整流输出电压可能达到370V，因此应选择400V以下的电解电容器。为了限制滤波电容器对整流器滤波输出电压纹波的限制，正确选择电容很重要。一般来说，当输入电压为时，过滤器电容器的电量按输出功率选择为1uF/W或更小(大于或等于1uF/W)。计算标准：交流输入最低时，整流器输出电压最小值不低于20

15、0V，相同输入电压下的整流器过滤器输出电压约为10毫秒，电压差为40伏，半周期(10毫秒)，整流器传导时间约为2毫秒，其馀8毫秒为滤波器电容放电时间，负载提供全部电流。也就是说，过滤器电容已确定。负载电流(a)，t提供电容的电流时间(s)。允许的峰值重排电压(v)。c是自下而上的电容，具有实际可选公称值。3.3 LC滤波电路设计3.3.1滤波电路和原理出变频器的交流必须经过LC过滤，波形才能更接近标准正弦波。图3-2过滤电路由于SPWM调制本身的特性，逆变器的输出电压包含了更多谐波分量，因此必须在逆变器输出侧添加低通滤波器以降低谐波含量，从而获得50Hz标准正弦波。电阻负载突然变更为感应负载可

16、能导致滤波器电感电流突变，这补偿了滤波器电容和负载并行产生的感应电流，因此，设计滤波器电路时，在额定负载下，滤波器电容必须补偿特定的感应无功电流。但是，过滤器电容太大会增加变压器的负担，一般来说，本公司设计的是在额定负载下允许电流补偿感应电流的一半。滤波电容c与滤波电感一起用于在电压下过滤谐波，电容器c越大，输出纹波越小，但随着电容器c的增加，逆变器的无功电流也增加，逆变电流容量增加，系统效率降低。滤波电容的选择原则是在保证输出波形优秀的情况下，尽可能减小值。滤波器输出调制波形的谐波主要位于滤波器电感的两端，因此增加滤波器电感可以更好地抑制低空，减少输出电流的脉动量。滤波器电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形失真越严重。因此，电感的值必须综合考虑稳