10kw逆变电源主电路设计汇总

前言

逆变是利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程。例如：应用晶闸管的电力机车，当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行，机车的位能转变成电能，反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机，要使它迅速制动，也可让电动机作发电机运行，把电动机的动能转变为电能，反送到电网中去。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。

变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外，还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。

逆变电源因体积小、重量轻、节材、节能、转换效果高等特点，现已得到了广泛应用。目前逆变电路的拓扑结构主要有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式等多种类型。根据需求可采用不同拓扑形式的逆变电路满足其需求。目前IGBT （绝缘栅双极型晶体管）是逆变电源中常用的功率器件，已逐步取代原晶闸管、晶体管、场效应管（MOSFET）。由于桥式逆变电源在选择功率开关器件耐压要求可以稍低，并有较高的功率输出，现通常采用全桥式逆变电路来实现较大功率输出。课程设计所要求做的是2kw的逆变电源主电路设计（要求：电网电压380v，允许变化10%,要求输出220v，50KHz交流电压向负载供电）。

目录

1. 逆变电源发展及主电路的选择………………………………………………………

1.1 逆变电源的发展··················································

1.2 主电路的结构选择············································

2. 主电路部分设计……………………………………………………………………

2.1 整流电路设计部分………………………………………………………………

2.1.1 整流二极管的选择…………………………………………………………

2.1.2 整流二极管的保护设计……………………………………………………

的选取………………………………………………………………

2.2 滤波电容C

d

2.3 斩波电路设计······················································ 2.

3.1 斩波参数的选择············································2.4 逆变电路部分设计…………………………………………………………………

2.4.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的选择…………………………………

2.4.2I G B T的保护设计…………………………………………………

3. 高频变压器设计部分…………………………………………………………………

3.1 高频变压器主要参数………………………………………………………

3.2 变压器磁芯的选择………………………………………………………………

3.3 高频变压器一次侧、二次侧绕组匝数计算································

3.4 计算绕组导线线径及估算铜窗占有率························

4.心得体会…………………………………………………………………………

5.参考文献…………………………………………………………………………………

1.逆变电源发展方向及主电路的结构选择

1.1 逆变电源的发展方向

高频逆变电源的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关，高频逆变式电源正是随着现代

电力电子技术的发展而发展起来的。

感应加热技术从诞生至今，经过近百年的发展，取得了令人瞩目的成果，尤其是六十年代以后，固态电力电子器件的出现与发展，使感应加热技术和现代化生产的许多方面密切相关，发挥了很大的的作用，因此世界各国都十分关注感应加热技术的发展，并投入了相当的经济支持和技术力量。目前传统的感应加热电源与固态感应加热电源取长补短，互补共存。

目前逆变式电源技术正朝以下方向发展：

一、沿20kHz的技术路线开发研制50kHz、100kHz级的逆变式电源。

二、探讨旨在降低电力电子器件开关功耗，提高开关频率的零电压、零电流开关(软开关)技术，其中包括电路拓扑结构和工程实现。高频(1～10MHz)谐振开关技术，包括准谐振式和多谐振式零电压、零电流技术，是近10年来国际电力电子领域研究的热点。目前在1～10MHz，实验室已达数百瓦水平；在100kHz级达几千瓦水平。高频谐振软开关技术只有在数百kHz以上才能充分显示其巨大的优越性，由于器件、材料和技术上的原因，在今后较长的一段时间内，高频逆变式电源依然以硬开关技术为主，但软开关技术也将愈来愈多地得到开发和应用[1]。

三、研制和生产大容量的逆变式电源。为适应市场的需求，大功率、高频率逆变式电源已经引起越来越多人的关注，大量研发工作正在进行，而且容量还在不断增大。

四、研制和生产智能控制的逆变式电源。为适应高质量、高性能和加热工作的市场需求，愈来愈多地研究开发和生产智能控制的逆变式电源，其中包括了波形控制和模糊控制技术，人工神经网络技术、自动跟踪技术等等。采用波形控制和模糊控制技术的逆变式电源，在日本、美国、法国等国已有批量产品，我国已有研究开发成果和样机。

五、研究功率因数校正和减少电网谐振干扰。目前串联逆变式电源的输入整流滤波单元均采用不可控二极管整流和大容量滤波电容，它会产生交变的严重非正弦化和窄脉冲电流，导致有的逆变器功率因数很低，如半桥式逆变器只有0.65左右。随着逆变式电源的日益推广应用，电网谐振问题变得愈来愈严重，因而改善输入电流波形和提高功率因数已成为重要的课题，特别是对三相和中大功率的逆变式电源需要进一步开展功率因数校正和减少电网谐振波干扰的研

究

1.2主电路的结构选择

根据负载谐振形式的不同，可以将电源逆变器分为串联谐振式逆变器和并联谐振式逆变器两种逆变结构。图2-1和图2-2分别给出了两种逆变器的拓扑结构。