恒压恒频正弦波逆变电源(110V-700W)设计

武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书1课程设计任务书学生姓名：李铭初专业班级：电气1002班指导教师：许湘莲工作单位：武汉理工大学题目:恒压恒频正弦波逆变电源（110V,1000W）设计初始条件：设计一个恒压恒频正弦波逆变电源，具体参数如下：单相交流输入220V/50Hz，输出单相交流电压110V/50Hz,THD5%,负载为一般的阻感负载，功率700W。（根据具体仿真或设计可修改红色参数）要求完成的主要任务:（1）主电路设计；（2）控制方案设计；（3）给出具体滤波参数的设计过程；（4）在MATLAB/Simulink搭建闭环系统仿真模型，进行系统仿真；（5）分析仿真结果，验证设计方案的可行性。时间安排：2013年6月8日至2013年6月18日，历时一周半，具体进度安排见下表具体时间设计内容6.8指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍；学生确定选题，明确设计要求6.9－6.13开始查阅资料，完成方案的初步设计6.14—6.16由指导老师审核模型，学生修改、完善并对数学模型进行分析6.17－6.18撰写课程设计说明书6.18上交课程设计说明书，并进行答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书2摘要随着现代科学技术的迅速发展，逆变电源的应用越来越广泛，各行各业对其性能的要求也越来越高。单相正弦逆变电源是将直流电逆变成单相交流电的装置，它可将蓄电池逆变成交流电，为用电器提供交流电，也可作为计算机的UPS电源等。本文首先介绍了逆变电源技术的应用与发展，分类与性能，及其控制技术。并在此基础上进行了方案论证，选取了合理的方案，以实现将220V交流电源经过整流滤波将交流电整流为直流电，然后采用正弦波脉宽调制法，通过脉冲控制IGBT的导通时间及顺序生成PWM波形，最后经过LC工频滤波电路，输出稳定的110V/50Hz正弦波电压，以达到供负载使用的目的。本文基于已选定方案为前提进行了各部分电路的设计与分析，完成了主电路及相应的输入输出保护电路的设计，并进行了参数计算，分别简要介绍了各部分的原理，阐述了产生SPWM波的实现办法。同时利用MATLAB建立了单相逆变器的仿真模型，对其进行了仿真和实验，从各种情况下的试验结果可以看出，通过该逆变电路而得到的单相正弦波稳定性高且失真度小，设计成功。关键词：逆变电源，整流，滤波，正弦脉宽调制武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书3目录1主电路........................................................................................................................41.1整流电路..........................................................................................................41.2逆变电路..........................................................................................................52SPWM控制电路设计................................................................................................52.1SPWM波的基本原理......................................................................................52.2基于DSP实现SPWM...................................................................................72.2.1SPWM波生成方法................................................................................72.3PI调节器的设计..............................................................................................83电路设计....................................................................................................................83.1全桥逆变电路设计..........................................................................................83.2原件参数计算..................................................................................................93.3LC滤波电路电路设计..................................................................................103.3.1滤波电路及原理................................................................................103.3.2参数计算..............................................................................................113.4辅助电源设计................................................................................................123.5区时间的设置................................................................................................134电路仿真与分析......................................................................................................144.1仿真软件的介绍.............................................................................................144.2CVCF逆变电路的仿真.................................................................................154.2.1电路设计..............................................................................................154.2.2输出结果仿真并分析...........................................................................16结束语..........................................................................................................................19参考文献......................................................................................................................20武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书4恒压恒频正弦波逆变电源设计1主电路单相CVCF逆变电源先将交流电整流为直流电，再通过输入逆变电路逆变成交流电，然后用变压器降压；再进行SPWM调节，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控制及逆变电源的各种保护采用单片机控制。当蓄电池的电压过高或过低时逆变电源将停止工作并灯光指示报警，保护逆变电源和蓄电池；当蓄电池的电压在正常范围内波动时，输出电压不变；当输出电流过大时，单片机将停止SPWM输出，保护电源的器件。1.1整流电路整流电路采用桥式整流电路。桥式整流电路如图1-1所示。本电路中只要增加两只二极管口连接成桥式结构，便具有全波整流电路的优点，而同时在一定程度上克服了它的缺点。图1-1桥式整流电路原理图该整流电路中，交流电源的正负半周都有整流输出电流流过负载，所以该电路为全波整流。在输入电压一个周期内，整流电压波形脉动两次。整流电压平均值为ttUmUmV1982209.0二极管承受的最大正向电压为VU6.155222承受的反向电压为VU31222要使整流后电压连续需满足3wRC，不妨取C=9.4mF，R=10ΩLCw越大，则谐波越小，本设计取mHL1武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书51.2逆变电路采用全桥逆变电路。此电路有四只开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，难免导致驱动电路复杂。控制虽相对复杂，但电压利用率较高，在单相逆变中应用广泛，可实现各种控制电路。如图1-2：T1ECG36T3ECG36T2ECG36T4ECG36图1—2全桥逆变电路输出原边部分电阻电容参数LR,，为了使电路损耗较小R尽量取得小，取1RΩ，mHL1逆变器原边输出电压VmUUd4.1588.01981要得到电压VU702，则有变压器变比26.2704.158k得到正弦波幅值VVU100270max2取6RΩ，L=3.6H得到功率为700W2SPWM控制电路设计2.1SPWM波的基本原理SPWM调制主要是用于逆变器中实现幅度和频率可调的正弦波电压，是在逆变器输出交流电能的一个周期内，将直流电能斩成幅值相等而宽度根据正弦规律武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书6变化的脉冲序列。该脉冲序列的宽度是随正弦波幅值变化的离散脉冲，经过滤波后得到正弦波交流电能。如图2-1，三角波为载波，正弦波为调制波即为期望输出正弦波，通过比较器将正弦调制波与三角载波进行比较，用比较后的脉冲波形去触发不同的开关管，即可得到一个SPWM波形。图2-1SPWM调制示意图SPWM脉冲电压具有与理想正弦电压相一致的基波分量，而且最低次谐波的频率可以提高到SPWM调制频率，即开关频率附近。因此，当开关频率足够高时，只需要用较小的滤波器就能将其中的谐波滤除掉。此外，只需改变SPWM脉冲宽度，就可以平滑地调节输出电压的基波幅值。采用了SPWM技术的逆变器即为SPWM逆变器，它在波形质量和控制性能上相对方波型逆变器有了巨大的进步。ttUmUm图2-2与正弦波等效的矩形脉冲序列波形全桥逆变器的控制脉冲按调制方式可分为单极性SPWM，单极性倍频SPWM和双极性SPWM三种。单极性SPWM的输出电压只能在0到Ud或0到-Ud之间变化，没有极性的交替，双极性SPWM的输出电压则可以在Ud到-Ud之间变化，三角载波正弦调制波比较器SPWM武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书7变化幅度是单极性的两倍，在开关切换时，负载端电压极性非正即负，电流变化率较大