电力电子电路设计与仿真------8KW逆变器设计讲解

电力电子电路设计与仿真

-----------------------------逆变器设计

前言

逆变器，英文inverter，是一种电源转换装置，可将12V或24V 的直流电转换成230V、50Hz交流电或其它类型的交流电。它输出的交流电可用于各类设备.最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。

有了逆变器，就可利用直流电（蓄电池、开关电源、燃料电池等）转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障，如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等；逆变器还可与发电机配套使用，能有效地节约燃料、减少噪音；在风能、太阳能领域，逆变器更是必不可少。小型逆变器还可利用汽车、轮船、便携供电设备，在野外提供交流电源。

逆变器有着广泛的用途，它可用于各类交通工具，如汽车、各类舰船以及飞行器，在太阳能及风能发电领域，逆变器有着不可替代的作用。

1、设计要求：

输出电压：220V

输出功率：8KW

负载功率因素：0.8~1

过载倍数：2

输出频率：60HZ

2、设计顺序

①据负载要求设计输出电路参数

②据输出电路输入要求设计逆变器电路参数

③据逆变电路输出要求设计其输入参数

④据逆变电路输入参数设计输入整流电路参数

⑤当输入输出之间有电压匹配和电气隔离要求时，加入隔离电路设计

系统原理框图

3、逆变器电路原理

桥式逆变电路的开关状态由加于其控制极的电压信号决定，桥式电路的PN端加入直流电压Ud，A、B端接向负载。当T1、T4打开而T2、T3关合时，u0=Ud;相反,当T1、T4关合而T2、T3打开时，

u0=-Ud 。于是当桥中各臂以频率 f （由控制极电压信号重复频率决定）轮番通断时，输出电压u0将成为交变方波，其幅值为Ud 。控制信号频率f 可以决定出端频率，改变直流电源电压Ud 可以改变基波幅值，从而实现逆变的目的。

单相全桥逆变电路原理图

单相全桥逆变电路的工作波形

4、参数计算

C

'

L R

i

V R I 'L I C

I o

V L L

I

t

t

u

-

u o t t

t t t t

V

V

io

t

t

1) 负载参数计算 ① 负载电阻最小值 当 Cos φ=1：

Ω===05.68000/220/22

o o P U R ；

当Cos φ=0.8：

Ω===563.78.0*8000/220cos /22ϕo o P U R 。

② 负载电感最小值

V a r S Q o L 4816602.0*8000s i n *===ϕ

Ω===05.104816/220/22'

L o L

Q U Z mH f Z L L 67.2660*14.3*2/05.102/''===π

2) 滤波电路的参数设计

滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电压影响极大，所以设计滤波电路时，先选择滤波电容，其中选取准则是：滤波电容容抗=2倍负载电感感抗。

容抗 Ω===1.2005.10*22'

L

C Z Z 电容uF fZ C C 1321.20*60*14.3*2/12/1===π 取130uF ，400V ，50Hz 交流电容(滤波电容） 用于60Hz 时耐压降为220V 240V 0.6*40060%>==

Ω===-11.2010*132*60*14.3*2/12/16fC Z C π

5、无隔离变压器时，逆变电路输出电流有效值

① 长期满载连续最大电流

A 97.3711

.2022005.62202

2=+=）（）（

长o I ② 短期过载最大电流

A 54.7311

.2022005.6220*22

2=+=）（）（

短o I ③ 阻感负载时，短期最大电流

A I o 84.32)11

.2022005.10220*2(563.7220*22

=-+=

感短 6、无隔离变压器时，逆变电路输出电流峰值

① 长期满载连续电流峰值

69.5397.37*22op ===长长o I I

② 短期过载最大电流峰值

A 99.10354.73*22===短短o op I I

7、滤波电感的计算

1) 滤波电感的作用：

① 减小输出电压的谐波，所以L 不可太小； ② 为保证基波电压的传输，L 不可太大。 2) 设计滤波器应注意一下问题

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 为保证基波压降足够小，LC W 2不应该太大，而应该接近于1，

R WL /也不应太小。

选WL=0.6 ，所以 mH f Z L 592.160*14.3*2/6.02/===π 实际取L=1.6mH

所以，感抗 Ω====-6029.010*1600*60*14.3*226fL WL Z L π

滤波电路固有频率'f

Hz LC f 34910*130*10*1600*14.3*21

216

6'===

--π 10295.02<<=LC W

8、逆变电路输出电压

C

'

L R

i

V R I 'L I C

I o

V L L

I

① 空载

L C I I =

O C U U =

L U ∆ i U L U ∆

A Z U I I C

O

L C 94.1011.20/220===

= V Z I U L L L 6.66029.0*94.10===∆ V U U U L o i 4.2136.6220=-=∆-=

② 额定负载，cos φ=1时

0699.16)11.20/05.6arctan(/arctan )//arctan(

====C o c

o Z R R

U Z U θ A I I I R

C

L 01.10211

.2022005.62202

222=+=+=

A Z Z U C L L 12.1211.20*6029.0===∆

A U i 3.219)699.1690cos(*12.12*220*212.12220222=--+=

③ 过载200%