200W逆变电源初步设计

某知名大学

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学生姓名：

指导教师：

起止时间：2014-12-29至2015-1-9

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：电气

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

逆变是利用晶闸管电路把直流电转变成交流电的过程。逆变分为有源逆变和无源逆变，交流侧接负载的为无缘逆变，交流侧接电网上时成为有源逆变。逆变电源是将小电压直流电经过升压，再经过逆变变成有适合功率的交流电，以解决没有交流电源的情况下交流电气设备的用电问题。升压过程用升压斩波电路，也叫boost变换器。是通过控制全控型器件IGBT晶闸管的导通时间来控制输出直流电压大小。本设计是将给定12V直流电转变为频率50HZ，电压220V的交流电，在直流部分首先采用升压斩波电路将直流电压提升到约100V左右，为下一步逆变提供适当裕量，第二步逆变部分，控制晶闸管导通周期为0.02S，以保证输出交流电压频率固定为50HZ，晶闸管采用脉冲触发控制。经实验仿真验证，本设计最终输出电压为幅值为310V（±5V），输出功率大于200W，周期为0.02S的正弦波，且波形无明显失真，系统整体性能良好，满足设计要求。

关键词：逆变电源；升压斩波；无源逆变；脉冲触发

目录

绪论 (1)

1.1逆变电源技术概况 (1)

1.2本文设计内容 (1)

逆变电源电路设计 (3)

2.1200W逆变电源总体设计方案 (3)

2.2具体电路设计 (4)

2.2.1主电路设计 (4)

2.2.1 控制电路设计 (7)

2.2.2 保护电路设计 (7)

2.3元器件型号选择 (8)

2.3.1 晶闸管参数计算与选择 (8)

2.3.2 电阻、电容、电感参数计算与选择 (10)

2.4系统仿真 (10)

2.4.1 MATLAB仿真软件简介 (10)

2.4.2 逆变电源仿真模型建立 (11)

2.4.3 逆变电源仿真波形及数据分析 (13)

课程设计总结 (18)

参考文献 (19)

绪论

1.1逆变电源技术概况

电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。目前所用的电力电子器件均由半导体制成，故也称为电力半导体器件。电力电子装置提供给负载的是各种不同的直流电源、恒频交流电源以及变频交流电源，因此也可以说，电力电子技术研究的就是电源技术。

在实际的电源系统中，有时需要把直流电转换成交流电供负载使用，这种把直流电变回交流电的过程就是逆变。在已有的很多种电源中，如蓄电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变。逆变将使发电方式产生一次大变革，使用氢能源与再生能源的高效低污染燃料电池发点方式将成为主题发电方式。因此，逆变技术在新能源的开发与利用领域具有至关重要的地位。

逆变技术不仅应用在逆变电源方面，还广泛应用于其他领域

1.交流电机变频调速：采用逆变技术将市电电网电压变换成幅值可调、频率可调

的交流电供给交流电机，以调节电动机的转速。

2.UPS电源系统：在许多领域中被广泛用的计算机、通讯设备、检测设备等都

需要采用UPS电源。

3.电动汽车：随着起初数量的不断增加，排放气体对环境造成污染越来越严重，

已经成为空气污染的主要来源。各大汽车公司均投入巨资积极研发电动汽车。

不管采用蓄电池还是用燃料电池，都要将直流电转换成交流电来供给电动机使用。

随着时代的发展，新的科技不断出现，逆变技术也将不断趋于成熟，逆变技术的应用也将大大扩展。

1.2本文设计内容

课题完成的设计任务及功能

实现功能

将12V直流电变成频率50HZ电压220V的交流电，解决没有交流电源的情况下交流电气设备的用电问题。

具体设计内容

首先对设计要求做进一步分析。设计要求输入12V直流电压，输出220V，50HZ 的交流电压，明确了设计的目的。

整理设计方案，进行方案对比论证，从经济性、可靠性、安全性等方面考虑确定最终设计方案。

作出设计框图，按照实际电子元器件耐压值、额定电流等技术参数对设计方案再次修正。

将整体电路拆分成独立的单元电路直流变直流（DC—DC）升压斩波电路、直流变交流（DC—AC）逆变电路，以便设计仿真。

分别对单元电路进行MATLAB仿真，根据仿真图形失真度对设计参数再次修正，直到仿真波形图失真度满足设计范围为止。

对仿真数据进行分析，总结。完成实验报告。

逆变电源电路设计

2.1 200W逆变电源总体设计方案

方案一

直流变直流部分采用升压斩波电路（Boost Chopper），即通过控制晶闸管导通对电感进行充放电来对负载电压进行抬升，其输出电压为

U o=T

t off

E（2-1）期中T为晶闸管导通周期，t off为晶闸管关断时间，E为输入直流电压小。逆变部分采用单相全桥电压型逆变电路，其输出电压有效值为

U O1=2√2U d

π

=0.9U d（2-2）此方案升压电路通过控制脉冲触发电路改变输出直流电压大小，容易实现。逆变部分由于采用电压型逆变电路，因为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。而本设计要求交流侧输出交流电为220V的交流电以供交流电气设备用电。与设计要求不符。

方案二

直流变直流部分依然采用升压斩波电路（Boost Chopper），逆变部分采用单相全桥电流型逆变电路，其输出电压为

U o=πU d

2√2cosφ=1.11U d

cosφ

（2-3）

式中U d为输入直流电压，cosφ为功率因数。此方案由于是电流型逆变电路，因此输出交流侧电流波形为矩形波，电压波形与负载阻抗角有关。当负载接谐振电路时，控制功率因数可得到接近正弦波的波形。

综合考虑两个方案，方案一不能得到正弦波电压，方案二能得出正弦波电压，因此选方案二作为本设计的最终设计方案。

构建设计方案图