1KV单相逆变器设计

目录摘要..................................................................................................................................................II1概述及设计要求............................................................................................................................31.1概述...........................................................................................................................................31.2设计要求...................................................................................................................................32总体设计方案介绍及原理框图......................................................................................................42.1方案概述...........................................................................................................................42.2逆变电路及换流原理介绍.................................................................................................42.3电压型逆变电路的特点及主要类型...................................................................................52.4系统原理框图....................................................................................................................63各电路模块设计............................................................................................................................7图2为本次设计的完整电路，具体各部分电路如后文所示。..................................................73.1逆变电路的主电路设计.....................................................................................................73.2驱动电路设计....................................................................................................................83.2.1CMOS管介绍........................................................................................................83.2.2信号放大器介绍...............................................................................................93.3触发电路设计....................................................................................................................93.4过流保护设计..................................................................................................................103.5滤波设计.........................................................................................................................10参考文献........................................................................................................................................13本科生课程设计成绩评定表................................................................................错误!未定义书签。武汉理工大学《电力电子装置》课程设计说明书2摘要本系统是根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（48v）转换成交流电（1KVA220V）。在本设计电路中，将48V直流电压经逆变器转变为交流电压，再由工频变压器升压，最后通过低频滤波器滤波实现输出为220V的交流电压。逆变器的日常用途1.汽车上的逆变器所获得的220V电，是220V50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的一般是方波的。正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用，只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制方式成本比较低。2.接笔记本，电视，碟机之类的东西，只要在他的额定功率下使用，都没问题。但是需要注意他是接在汽车蓄电池上的，虽然他一般都是11V就自动保护断电，避免电压过低导致车无法启动，但是还是不适宜在引擎不运转的情况下用，所以如果用负载比较大，还是建议启动引擎。如果是给手机充电没什么问题。关键字：单相、全桥、逆变、升压、滤波31KVA单相逆变器设计1概述及设计要求1.1概述逆变器（inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、触发电路和滤波电路组成。日常用途：汽车上的逆变器所获得的220V电，是220V50HZ，高档点的是正弦波的，便宜的一般是方波的。正弦波的那种和接插座上用的电，是一样的，而方波的其实也可以用，只不过如果用风扇等有电机的设备，会有一些噪音，之所以用方波，就是因为这种调制方式成本比较低。一般，车载的这个逆变器，功率最大不过500瓦，空调一般都700多瓦，而且，你真的那么想把家用空调装车上？汽车里的空调，包括那些大客车，都是让引擎直接驱动压缩机的，不是用电的，如果中间多一个电的转换过程，损耗就更大了。而且也不好装，还不如用汽车空调。1.2设计要求要求设计一个输入为48V直流电压，输出容量为1KVA，输出电压为220V单相交流电的逆变器。42总体设计方案介绍及原理框图2.1方案概述本次课程设计的主要目标，是设计一个单相桥式逆变电路，且本设计采用电压型逆变器，同时要设计相应的触发电路和过电流过电压保护电路。由题，我根据书本的知识，采用了单相全桥逆变电路。经过比较晶闸管，IGBT，及CMOS管等可控器件，最终选择了CMOS管作为控制臂桥通断的器件。因为CMOS管分为N沟道和P沟道2个类型，结合起来可以更为方便。相对于晶闸管来说，CMOS管只需要2个相反的触发脉冲即可实现电路的控制。而晶闸管则需要4个，对每个臂桥的器件进行控制。采用了555定时器来进行触发。因为是逆变电路，不要求对进行控制，所以选择了555定时器来输出50HZ、0~5V的矩形波。并通过FET（场效应晶体管）放大，用以驱动MOS管。555定时器的输出频率可通过调节R1,RV1和C5来进行设定。2.2逆变电路及换流原理介绍与整流电路相比较，把直流电变成交流电的电路称为逆变电路。当交流侧接在电网上，称为有源逆变；当交流侧直接和负载相接时，称为无源逆变。在不加说时，逆变电路一般指无源逆变。逆变电路在生活中有很广泛的应用。逆变器的主体为逆变电路。其基本工作原理如下：图1中41~SS为全桥电路的4个臂，由电力电子器件及其辅助电路组成。当1S、4S闭合，2S、3S断开时，负载电压0u为正；当2S、3S闭合，1S、4S断开时，0u为负。由此，把直流电变成了交流电，改变两组开关切换的频率，即可控制输出交流电的频率。5图1系统简略原理图交流电路在工作过程中不断发生电流从一个支路向另一个支路的转移，这称为换流。换流是实现逆变的基础。通过控制开关器件的开通和关断来控制电流通过支路，这是实现换流的基本原理。换流方式有多种，其中主要分为器件换流、电网换流、负载换流、和强迫换流四种方式。2.3电压型逆变电路的特点及主要类型根据直流测电源的性质不同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。电压型逆变电路有以下特点：1）直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关，而交流侧输出电流波形和相位应为负载阻抗的情况不同而不同。3）当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，又称为续流二极管。逆变电路分为三相和单相两大类。其中，单相逆变电路主要采用桥式接法。主要有：单相半桥和单相全桥电路。而三相电压型逆变电路则是由三个单相逆变电路组成。最常见的是三相桥式逆变电路。62.4系统原理框图系统原理框图如下图2所示：图2系统原理框图过流保护触发电路220VAC48VDC供电逆变主电路工频变压器一阶RC低通滤波器73各电路模块设计图2为本次设计的完整电路，具体各部分电路如后文所示。图2单相全桥逆变电路完整电路图3.1逆变电路的主电路设计在本次设计中，主要采用单相全桥式逆变电路作为设计的电路。其主电路结构图如下图3所示：图3单相全桥逆变电路主电路及升压结构图如上图2所示，单相全桥逆变电路主电路主要有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。其中5Q、4Q为一对，3Q、6Q为一对。每个桥臂有一个可8控器件MOSFET以及一个反并联的二极管组成。在直流侧接有足够大的电容，负载接在桥臂之间。它的具体工作过程如下：在最初时刻t1时，给MOSFET5Q、4Q触发信号，使其导通。则电流流过桥臂1，负载。桥臂4构成一个导通回路。当t2时刻时，给3Q、6Q触发信号，给5Q、4Q关断信号。但由于负载电感较大，通过它的电流不能突变，所以二极管D2，D3导通进行续流。当电流逐渐减小为0，桥臂1、4关断，桥臂2、3导通，构成一个回路，从而实现换流。3.2驱动电路设计3.2.1CMOS管介绍对于场效应管，在栅极没有电压时，由分析可