18KVA单相逆变电源设计.doc

实用文案题目：18KVA 单相逆变器设计与仿真院 系： 电气与电子工程学院 专业年级：电气工程及其自动化 2010级姓 名： 郑海强 学 号： 1010200224 同组同学： 钟祥锣王敢方骞2013年11月20号单相逆变器设计一. 设计的内容及要求1.1设计内容要求设计一个输入为150V的直流电压，输出容量为18KVA输出 电压为300V单相交流电的逆变器1.2 参数要求1、 输出电压：AC单相300V2、 输出频率：100Hz3、 输出功率：18KVA4、 负载功率因数：cos —0.8」「0,滞后5、 负载短时过载倍数：1.56、 输入电压：直流 DC333V二. 设计方案介绍系统原理框图如下图所示保护电路-150V DCT~ 供电 触发电路逆变主电路工频变2压器滤波器300V AC方案简述将直流电变成交流电的电路叫做逆变电路 根据交流侧接在电网和负载相接可分为有源逆变和无源逆变，所以本次设计的逆变器设计 为无源逆变换流是实现逆变的基础通过控制开关器件的开通和关 断，来控制电流通过的支路这是实现换流的方法直流侧是电压源的为电压型逆变器，直流侧是电流源的为电流型 逆变器，综上本次设计为电压型无源逆变器。

三. 主电路原理图及主要参数设计D13.1主电路原理图如图1所示Q1Zf

32' 100=3200Hz由于移相原因，输出线电压的开关频率变为：2 fK =6400HZ取滤波电路固有谐振频率f' = 1/（2 二 丘）二 fK /6=533.3Hz2则：L= 1/ （4「2f'c） = 1/（4 二2 5332 100 10冷=880 明实选用L=900uH由此特征阻抗Zt =丄C = 900/100 =33.2.2逆变电路输出电压1.滤波电路输入端电压（无变压器时）逆变电路的输出与后续电路的连接电路如图 3所示，有图3可以得到如下的计算结果逆变电路UiUo丿LIcUi图3逆变电路输出电路图4空载时的矢量图空载时：空载时的矢量图如图4所示，由图4可得:"l=ZC=^=18.9(A) Zl= 2pfoL=2创 100创900 10-6 = 0.5652( W)标准文档UL = I(L ?ZL 18.9 ? 0.5652 10.7 (V ) Ui = Uo- UL = 300- 1.5 = 298.5(v)这说明空载时输出电路是升压的额定负载时：额定负载时，当cosj= 1.0和cos，0.8的矢量图分别如图图5 cosj =1.0时的矢量图UiLIR I图6 cos，= 0.8时的矢量图cos =1.0q=tan1 (瞬R)tan1RZC=tan-1 515.9=17.5°Il = \ lR+lC ='、(300 5)2+(30015.矿=62*)Ul=Zl?|Il 0.5652?62.9 35.6(V)ui —^OO2 +35.^- 2?cos（9d 17.5）仓300 35.6 = 286.1§V）。

这说明 cos，=1.0时，即使满载，输出电路也是升压的cos =0.8.Ic300- 300= 300- 300=17乙 c ZC 8.3 15.3q =ta n1 =19.79300/6.25ll =J|IR+(lL‘- lc) = J(300/6.25)2 +17.28 =51.01(A)Ul=Zl?L 0.5652? 51.01 28.83(V)28.83= 309.65V)Ui = 306+28.83 - 2?cos(90 19.79)仓300负载最重时本设计中，负载最重为过载 150%寸，功率因数最低为 0.8，此时:.-1 35.35 “ “Zlc Zc 8.3 15.9q =ta n =26.151.5’3006.25IIL = JlR +(lL' - lc)=心.5?300/6.25)2 35.35 = 36.34(A)Ul=Zl?Il 0.5652?36.34 20.54（V）,血=312.3犁），可见输出电路此时降压比较严重2.逆变电路输出正弦电压计算单相桥式电路输出电压为：u =°.70圧考虑要保留“死区”间隔（图7所示)以及开关器件导通时有压降，因而输出电压实际只能达到:0.708K(E-叫旳)。

其中：口 = 2 ； K为“死区”间隔引起的T-DT压降系数：K = 156.25- 5.0T ，则：K= =0.968156.25本设计中取VCE (涸)=3V ，则：u° = 0.708创0.968 (E- 3? 2，考虑整流滤波电路的压降后，实际取为：E=350(V)则三相逆变电路输出线电压为:实际取为：U° = 240 (V )u =0.708创0.68 (350- 3? 2) 235.7(V)图7死区“间隔”示意图3.2.3逆变电路和输出电路之间的电压匹配:逆变电路和输出电路之间的电压匹配采用电源变压器， 其结构简图如图8所示由前面的计算可知输出电路输入端最高电压 Ui =312.333(V)，逆变电路输出线电压u = 240，在逆变电路和输出电路 之间加入电源变压器设变压器的变比为 N :1，原副方各参数的矢量图如图9所示：以副方输出电压 ％为基准矢量，变压器原方电压 Um =NUo,付方电流Io如图示(滞后)，原方电流Il1 = Io/NUoN :1图8 电压匹配电路图1° = 2 N1 2 1 2 I =L」L1 = Lio 1 =由2 2 ，可得：r\ r\uL1 =wL1IL1 = wN LI L1 = wN L(lo/N)= NwLI oL 2wL1 =wN L 禾廿=NuL由矢量图可得：Uab二NUi ,N 二昨二 24^ = 0.7684Ui 312.333 ，考虑变压器内阻和激磁等原因，调整变比— =0.7533N和原方电流：1.02 。

故，取实际的变比为0.7533，IL1?(1.03~1.05)-IO(1.03~1.05) =N 0.753311.03~1.05)1I（长）=88・7创辰1.04 = 122.46( A)L1(短)= 137.2 仓U10.75331.04 =189.42(A)将电感折算到原边得:L, = N2L = (0.7533)2仓U900 10-6 = 510.7(mH )3.2.4开关器件的选取1电流参数:开关器件中电流有效值：It（长）=122.46 （A） , It（短）=189.42 （A）开关器件中电流峰值：山（长）=削1（长）171.曾）Itp（短）=2?Ili（短）辽？189.42 267〈A）在连续情况下安全裕量选为2,则：It=21叫长）=2?173.18 346.36（A），在 过载情况下安全裕量选为1.5，则:It =1.5tp（短）=1.5?267.8 401.7（A） 3.3变压器和交流电抗器设计计算在实际加工制造前还进行各种机械结构参数的计算，为制造提供依 据主要是变压器的额定功率、初级线圈电流、铁心的截面积、各线 圈的匝数、线圈所用导线的直径和核算铁心窗口面积等几方面。

1.计算变压器的额定功率:11我旦=1.1?空4卫J1 24086.8(A),P2 18'1032 = J2 = 300=60(A),式中K功率为：P =J1|1（VA）那么P可按下式求得近似值:变压器输出功率为:F2 ^/3J2|2(VA) =18kVA(单相为 15kVA)，输入p 二豆=理=18.94(kVA) h 0.95变压器的额定功率：P = -P1^ =18+18.94 =18.47(kVA)2 22、计算电流（11）般选 1.1~1.23、计算变压器铁心净截面积及粗截面积铁心净截面积：SC= KP =1.3创 18.47 103 = 176.67(cm2)式中系数K一般选在1.0~1.5 之间由于硅钢片之间的绝缘和空隙，实际铁心截面积略大于计算值，应为:C K^P SC 176.67 2SC© = = =192.04(cm2) _Kc Kc 0・92 式中一般Kc=0.89；冷轧硅钢带的Kc =0.92根据算出的SC求硅钢片中间舌宽 a国家标准可查手册得到选择a=120mm铁心叠厚b的计算= 160(mm),SC ⑥J100 192.04 100 b = =a 120取 b = 160mm= 160= 120= 1.333在1~2之间。

窗高系数取为2.3，所以 h = 2.3a = 2.3?120 276(mm)4、计算各线圈的匝数：确定每伏匝数(N)由 E = 4.44fNBmSc?10-8(V)可得8NO =N= 10 = 0.098(匝 / 伏)E 4.44 创100 13000?176.67经过计算得初级：Ni=Ui?N24°? 0.098 2353匝）实际取为56匝次级.N2 = （1.05〜1.1鬃2 N1.1 创300 0.098= 32.34匝）实际取为90匝5、计算各线圈导线直径导线电流:P 2I = d j 二 s?j(A)d =j (mm)4S2= —色=24(mm) j 2.5S| = 土 = 86.8 = 34.72（ mm） 原边： j 2・5 ，副边:&校核铁心窗口面积变压器线圈绕在框架上，每层线圈之间一般均有绝缘层线圈厚度、绝缘层厚度和框架厚度的总和应小于选用铁心窗口宽度原边每层匝数:原副边导线带绝缘尺寸大概为4.85 7.40mm2和4.36 8.40mm2副边每层匝数：276 - 2? 2 ’ “cm2 - - 1 = 29.88.40' 1.05 ；7276 - 2。