12KVA单相逆变器设计与仿真

-1-12KVA单相逆变器设计与仿真姓名：0班级：0学号：0同组同学：0-2-目录前言1.1技术要求41.2单相逆变电路41.3负载参数计算51.4滤波电容计算61.5无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值61.6无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值61.7滤波电感计算71.8逆变电路输出电压81.9主开关器件的耐压91.10输出滤波模型101.11单相逆变器的控制策略112.1电压单闭环控制系统仿真13总结14-3-前言逆变器是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ正弦或方波）。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、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。简单地说，逆变器就是一种将低压(12～48伏)直流电转变为220伏交流电的电子设备。因为我们通常是将220伏交流电整流变成直流电来使用，而逆变器的作用与此相反，因此而得名。我们处在一个“移动”的时代，移动办公，移动通讯，移动休闲和娱乐。在移动的状态中，人们不但需要由电池或电瓶供给的低压直流电，同时更需要我们在日常环境中不可或缺的220伏交流电，逆变器就可以满足我们的这种需求。-4-1.1技术要求1、输出电压V0（相）：300V2、输出功率P0：12KVA3、输出频率f：100HZ4、过载倍数：1.5倍5、负载功率因数cosφ：0.8-16、输入电压380±10%7、输入频率50Hz±10%1.2单相逆变电路因为输出功率为12KVA，所以选择单相全桥逆变电路。单相全桥逆变电路，如图1所示。图1单相全桥逆变电路-5-1.3负载参数计算负载输出部分电路图，如图2所示图2负载输出电路1.负载电阻最小值计算当cosφ=1时，负载电阻计算计算公式为公式（3-1）；当cosφ=0.8时，负载电阻计算公式为公式（3-2）7.5120003002020PVR(3-1)9.3758.012000300cos0202SVR（3-2）2.负载电感最小值计算负载无功功率1LQ为KVASQL7.2237sin21sin01o(3-3)负载电感感抗1LZ为12.46722003021201LLQVZ(3-4)负载电感L1为0198mH.0100212.46f211LZL（3-5）-6-1.4滤波电容计算滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，设计滤波电路时选择滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍.滤波电容容抗CZ为4.92212.46221LCZZ(4-1)滤波电容C为uFfZCL27.7112.4610021211(4-2)实际取值130uF,由13个10uF的电容构成电容阻抗实际值1CZ为12.2410301001212161fCZC（4-3）1.5无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值长期最大电流（长）OI为46.91)12.24300()7.5030(221I（5-1）短期最大电流短）(0I为64.81)12.24030()7.53001.5(222I（5-2）1.6无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值长期电流峰值长）(OPI为66.34543.3122(3OII（6-1）短期电流峰值短）(OPI为-7-91.6653.9022(4OII（6-2）1.7滤波电感计算1.滤波电感的作用1).减小输出电压的谐波电压2).保证滤波电压的传输2.设计滤波器时应该注意以下问题1).滤波电路固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率.2).LC2应该远小于1（即12LC)3).RL应较小根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择6.0L滤波电感L为uHfL954.9200126.026.0（7-1）实际取值为950uH所以滤波电感感抗LZ为0.59710950001226fLLZL(7-2)滤波电路的固有频率'f为HZLCf452.881013010950212166'（7-3）10.0487101309501003.1421222mLC满足要求-8-1.8逆变电路输出电压滤波及负载部分电路图，如图3所示图3滤波及负载部分电路图在过载2倍的情况下：1.1cos时（即纯阻性）电感电流LI与RI间的夹角为o16.75)24.927.5arctan()arctan(CZR（8-1）电感电流LI为46.91)7.5300()12.24300(2222RCLIII(8-2)电感L上的压降LV为VZIVLLL28.000.59746.91(8-3)逆变电路的输出电压iV为VVi293.16)16.7590cos(2803022830022o（8-4）2.8.0cos时（即阻感性）负载电感电流1LI与滤波电容电流CI之差为-9-24.0824.920302.4613001.5030300211CLCLZZII(8-5)CLII1与RI之间的夹角为o36.96)9.37503024.08arctan()arctan(1RCLIII（8-6）电感电流LI为40.05)24.08()9.375030()()(22212CLRLIIII(8-7)电感L上的压降为LV为VZIVLLL23.910.59740.05(8-8)逆变电路的输出电压iV为VVi314.96)36.9690cos(23.91300223.9130022o(8-9)1.9主开关器件的耐压主开关器件的耐压根据所有工作情况下的最高电压考虑，主开关器件所承受的最高电压一般出现在输入电压最高、输出负载最轻时，选主开关器件耐压为实际工作电压的2倍。取逆变电路在过载情况下的输出电压的2倍，即V629.922314.96。在留有一定裕量下，实际选650V耐压的开关器件。-10-1.10输出滤波模型输出滤波电路图，如图4所示图4输出滤波电路根据输出滤波电路写出如下关系式1riVoVidtdiL（10-1）01iidtdVoC（10=2）将式（9-1）、（9-2）变换形式后的式（9-3）、（9-4）11riVoViLsi（10-3）oiiCsVo1（10-4）根据（9-3）、（9-4）画出输出滤波仿真模型，如图5所示图5输出滤波仿真模型输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为-11-oirCsLCsrLsVircsLCsVo11122（10-5）1.11单相逆变器的控制策略1.电压单闭环控制系统单闭环控制系统仿真模型，如图6所示图6单闭环控制系统仿真模型在给定输入Vi与负载扰动输入io共同作用下下，闭环输出Vo（s）为)()1()()()()1()(23232sIoKsKsKrCLCsrLsssViKsKsKrCLCsKsKsKVoiPdiPdiPd其闭环特征方程)(sD为iPdKKsKrCLCssD)1()()(23（11-2）主导极点21、S为2211rrrrjS、（11-3）非主导极点3S为)105(3nnSrr（11-4）期望的特征方程)(sDr为-12-))(2())()(()(22321rrrrrrrrrnsssssssssD（11-5）根据极点配置法求解，得rCLCnKrrd)2(（11-6）1)12(22LCnKrrP（11-7）LCnKrri3（11-8）r是阻尼比r是自然振荡频率L为滤波电感C为滤波电容当8.0r、3500r、10n、6.0r时，代入到（11-6）、（11-7）、（11-8）中求得8825.108PK222950iK02176.0dK-13-2.1电压单闭环控制系统仿真电压单闭环控制系统仿真模型，如图10所示图10电压单闭环控制系统仿真模型图13输出电压0V的波形-14-图14.单向负载波图十五.突加负载图十六.突减负载-15-总结经过此次设计，我了解了仿真电路设计中的各项细节和过程，熟悉了单向逆变电路的特性和特点，将公式推导和原理结合相统一起来，深刻认识都计算精细对整个仿真的巨大印象，透彻的将感性和容性负载相区别，将功率角、功率因素和有功功率、无功功率的各种联系透彻掌握，最后也对matlab仿真软件进一步熟悉了解，能够基本操作该软件做电路仿真实验，并取得目标波形结果。此次设计收获颇丰，虽然存在一些不足和错误，但在及时改正后取得了较好结果，相信在以后的学习中能够更加好的利用现在的所学，得到更大进步！参考文献[1]王兆安.黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2008.[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统.北京:机械工业出版社，1991：10[3]刘风君.现代逆变技术及应用[M].北京电子工业出版社，2006[4]徐德宏.开关电源设计指南[M].北京:机械工业出版社，2004.[5]胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社，2003：345—349[6]陈道炼著．DC—AC逆变技术及其应用[M]．机械工业出版社，2003-16-