正弦波逆变器设计

课程名称：电力电子技术

综合训练题目：正弦波逆变器的设计

专业：电气工程及其自动化

班级：电气16-5班

姓名：柳云龙

学号：1605040508

综合训练项目成绩答辩考核评分标准

目录

引言 (1)

1总体方案设计 (2)

1.1 主电路设计 (2)

1.1.1 变压设计 (2)

1.1.2 H桥 (3)

1.2控制方案 (4)

1.2.1 SPWM控制方式 (4)

1.2.2 SPWM调制方案 (5)

1.3驱动与隔离 (6)

1.4总体流程 (6)

2硬件电路及原理 (7)

2.1整体电路图 (7)

2.2调控驱动与隔离 (8)

2.3主电路及原理 (9)

3软件算法 (11)

3.1 SPWM软件产生原理 (11)

3.2 程序设计 (12)

3.3SPWM码表生成软件 (13)

4问题及改进 (14)

4.1保护电路 (14)

4.2谐波抑制 (14)

5总结 (15)

参考文献 (16)

摘要

逆变器，是指整流器的逆向变换装置。其作用是通过半导体功率开关器件（例如GTO,GTR,功率MOSFET和IGBT等）的开通和关断作用，把直流电能转换成交流电能，它是一种电能变换装置。特别是正弦波逆变器，其主要用途是用于交流传动，静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。为了提高逆变效率，存储在负载电感中的无功能量应能反馈回电源。因此要求逆变器最好是一个功率可以双向流动的变换器，即它既可以把直流电能传输到交流负载侧，也可以把交流负载中的无功电能反馈回直流电源。随着电力电子技术的飞速发展，正弦波输出变压变频电源已被广泛应用在各个领域中，与此同时对变压变频电源的输出电压波形质量也提出了越来越高的要求。对逆变器输出波形质量的要求主要包括两个方面：一是稳态精度高；二是动态性能好。因此，研究开发既简单又具有优良动、静态性能的逆变器控制策略，已成为电力电子领域的研究热点之一。

本文主要陈述了一种通过程序算法实现SPWM输出来控制IGBT工作的一种电压型正弦波逆变器。使用软件将正弦波调制取样实现双通道双极性控制。并且可以通过修改程序来修改输出电压的频率，适用于小成本小功率的正弦波逆变器制作。

关键词：逆变器；SPWM；DC TO AC;正弦波

引言

逆变按逆变器输出交流电能的频率分，可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为50～60Hz的逆变器;中频逆变器的频率一般为400Hz到十几kHz;高频逆变器的频率一般为十几kHz到MHz。按逆变器输出的相数分，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。按照逆变器输出电能的去向分，可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器，称为有源逆变器;凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。按逆变器输出电压或电流的波形分，可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。

正弦波逆变器在控制调制方式中，又分为单极型和双极型。在逆变主电路为H桥时，单极性SPWM开关次数少，效率高，但输出的SPWM波形谐波含量高；双极性SPWM 开关次数多，效率低，但输出的SPWM波形的谐波含量低。而在获取SPWM 时，目前又存在等面积法、硬件调制法、软件生成法等多种方法。在本文中，根据设计任务要求，对以上多种方式、多种方法进行了讨论比较，最终整合出较为合适本设计要求的整体方案。

1 总体方案设计

1.1主电路设计

1.1.1变压设计

由于该逆变器的输入电压为12V，输出则是220V，50Hz交流，所以，该逆变电路必须有一个升压的过程。升压形式有下述两种。

1.无工频变压器的逆变电源

逆变电路以PWM方式首先将12V-DC电压逆变成高频交流，经高频升压变压器升压至220V左右，再整流滤波得到一个稳定的直流电压。这部分电路实际上是一套直流/直流变换器。然后，再由另一套逆变器以SPWM方式工作，将稳定的直流电压逆变成有效值约为220V的SPWM电压波形，经LC滤波后，就可以得到有效值为220V的50Hz交流电压。此种方案输出电压波形好，谐波少，带载能力稳定。但是电路复杂，对桥式以及隔离等电路中器件要求较高，对保护电路要求较高。

2.有工频变压器的逆变电源

桥式逆变电路以SPWM方式工作，将12V-D电压逆变成有效值基本不变SPWM波形，由工频变压器升压得到220V交流电压。这种电路方式效率比较高、可靠性较高、抗输出短路的能力较强。但是响应速度较慢、波形畸变较重、带非线性负载的能力较差，噪声大。

考虑到本次设计主要是小功率小成本逆变器，并考虑到在逆变桥输入端做升压方案过于复杂，选择有工频变压器的方案。

1.1.2 H桥

I GBT，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件, 兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、等领域。

H桥（H-Bridge), ，因外形与H相似故得名，常用于逆变器。通过开关的开合，将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电，用于驱动交流电机。尤其在高频的逆变电路中，通常使用H桥作为逆变主电路。

设计为电压型逆变电路，选择使用四个IGBT构成H全桥电路，但IGBT对于电流很敏感，需要做好保护，并且应在输出端设置输出滤波器以改善电压电流，抑制谐波。

图1-1 逆变工频变压电路图