8KVA单相逆变器设计与仿真资料

1、8KVA单相逆变器设计与仿真姓 名:班 级:学 号:同组同学：一.设计1.1 技术要求1、输出电压 V0 （相）：220V2、输出功率P0: 8KVA3、输出频率f: 60HZ4、过载倍数：2倍5、负载功率因数cos（|）: 0.8-11.2 单相逆变电路因为输出功率为8KVA所以选择单相全桥逆变电路。单相全桥逆变电路，如图 1所示。PS3卬 T由口（F 叫-# -(3-2)V2 220 2R =0 = 220 =7.5625 LSQcos :8000 0.82.负载电感最小值计算负载无功功率Qli为Q L1 = S0 sin =8 sin 37 o = 4.8145 KVA (3-3)负载电感感抗Zli为L1Qli22024814.5=10.053，1(3-4)负载电感L1为Z L12 二 f10 .0532 二 6026 .667 mH(3-5)1.4滤波电容计算滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时选择滤波电容取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍滤波电容容抗心为Zc = 2Zl1 = 2 10.053 = 20.106(4-1)滤波电容C为-11C =

2、 = = 131.997uF2 二亿 li 2 二 60 20.106实际取值130uF,由13个10uF的电容构成电容阻抗实际值Zci为(4-2)11Zci6 = 20.41482 二 fC2- 60 130 10(4-3)1.5无隔离变压器时，逆变器输出电流有效值长期最大电流Io（长）为I 0(长)(220)22206.0520.4148=37.9268 A(5-1)短期最大电流I0（短）为1 0(短)(2 220)2 ( 220 )2 -6.05 )(20.4148)=73.5214a(5-2)1.6 无隔离变压器时，逆变器输出电流峰值长期电流峰值Iop（长）为10P（长）=、回0（长）=72M37.9268= 53.6366A（6-1）短期电流峰值Iop（短）为Iop（短）=、回0（短）=72x 73.5214= 103975A（6-2）1.7 滤波电感计算1 .滤波电感的作用1） .减小输出电压的谐波电压2）.保证滤波电压的传输2 .设计滤波器时应该注意以下问题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（例 60倍频）2） .8 2LC应该远小于1 （即6 2

3、LC 1）3） .应较小根据设计滤波器时要注意的问题要求而选择切L = 1.6滤波电感L为1.61.6L =4.246mH（7-1 ）2 二f2 二 60实际取值为5mH所以滤波电感感抗Zl为_ _ _ _3_ _Zl = L =2 fL =2二 60 5 10 =1.8841 1(7-2)滤波电路的固有频率f为-197.511HZ(7-3)112二.LC 2二、5 10 130 10”0 2LC =0.0923 1 满足要求1.8逆变电路输出电压滤波及负载部分电路图，如图 3所以图3滤波及负载部分电路图在过载2倍的情况下：1. c0stp =1时（即纯阻性）电感电流Il与Ir间的夹角8为,R、，6.05、-、a a arctan() = arctan() = 8.4286(8-1 )2ZC2 20.4148电感电流Il为Il= JiC +(2Ir)2( 220 )2(2 220)220.41486.05= 73.521)(8-2)电感L上的压降AVl为Vl -IlZl -73.521 1.884-138.514V(8-3)逆变电路的输出电压Vi为Vi =也02 +138.5142 -

4、2 M220 M 138.514 Mcos(908.4268 =) = 242.1835V(8-4 )2. 8stp =0.8时(即阻感性)负载电感电流Ili与滤波电容电流Ic之差为,12 2201 L1 - 1 C = Z L1220Zc2 22022010.053 20.4148= 32.9915-(8-5)Ili - Ic与I r之间的夹角8为1-arctanJL：-1 C32.9915)=arctan( . “c ) = 29.5552 2207.5625(8-6)电感电流Il为Il = (2Ir)2(Ili;Ic)2 = (2 J20)2 (32.9915)2 = 66.8847)(8-7) ,7.5625电感L上的压降为AVl为.：VL = IlZl =66.8847 1.884 = 126.0107V(8-8)逆变电路的输出电压Vi为Vi.2202 126.01072 -2 220 126.0107 cos(90 29.555 )302.7V (8-9)1.9 主开关器件的耐压主开关器件的耐压根据所有工作情况下的最高电压考虑， 主开关器件所承受的最 高电压一般出现在输入电

5、压最高、 输出负载最轻时，选主开关器件耐压为实际工作电 压的2倍。取逆变电路在过载情况下的输出电压的 2倍，即302.7父2 = 605.4V。在留有一定 裕量下，实际选650V耐压的开关器件。1.10 输出滤波模型输出滤波电路图，如图4所示rL+ a UUUJvir I Vo图4输出滤波电路根据输出滤波电路写出如下关系式diL=Vi -Vo - ri 1(10-1)dtCVo =i1 -ic(10=2)dt将式（9-1）、（9-2）变换形式后的式（9-3）、（9-4）Lsi1 = Vi Vo - ri1CsVo = i1 -io(10-3)(10-4)输出电压Vo与输入电压Vi的关系式为根据（9-3）、（9-4）画出输出滤波仿真模型，如图5所示(10-5)1 Ls r .Vo 二2Vi 2ioLCs rcs 1 LCs rCs 11.11单相逆变器的控制策略1.电压单闭环控制系统单闭环控制系统仿真模型，如图 6所示G-sin1图6单闭环控制系统仿真模型在给定输入Vi与负载扰动输入io共同作用下下，闭环输出 Vo (s)为2Io(s)Kds Kps Kis( Ls r)Vo 二 32V

6、i (s)-34LCs (rC Kd)s (Kp 1)s KiLCs (rC Kd)s (Kp 1)s Ki其闭环特征方程D(s)为32D(s)=LCs +(rC+Kd)s +(Kp+1) + (11-2)主导极点6、2为S1、2 = - -r CO r + j CO r y1 - - r( 11-3 )非主导极点S3为S3 = -n0%(n = 5 10)(11-4)期望的特征方程Dr(S)为r/、/、/2,cii,2/, 过/L、Dr (s) = (s -sr1)(s -sr2)(s -sr3) = (s +2-r r +er )(s + nSrsr)(11-5)根据极点配置法求解，得Kd =(n+2)0?LC -rC(11-6)KP =(2n12 +1)2LC -1(11-7)Ki=n3LC(11-8)二是阻尼比小是自然振荡频率L为滤波电感C为滤波电容当=0.8、6r =3500、n=10、r = 0.6G 时，代入到（11-6）、（11-7）、（11-8） 中求得KP =108.8825Ki =222950 Kd =0.021762.电流内环、电压外环双闭环控制系统将滤波电感电

7、流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能双闭环控制系统仿真模型有三种情况，如图7、图8、图9所示图7双闭环控制系统仿真模型1（负载扰动在内环之外）-# -图8双闭环控制系统仿真模型2（负载扰动在内环之内）-# -图9双闭环控制系统仿真模型3（引入负载电流前馈补偿）如图7所示，模型1中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过 流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。如图8所示，模型2中负载扰动在内环之内，其对负载扰动的抗扰性能要强于模 型1,但其电感电流不受限制，不能通过限流实现对逆变器的保护。如图9所示，模型3中引入了负载电流前馈补偿，电感电流受到了限制，系统也 能根据负载扰动的变化及时的调整，抗扰性也比较好。双闭环系统闭环特征方程 D（s）为D(s) 4Zs3 . 1 K1PK2P CK2i s2- Bi s 2(11-9)LCLCLCLC四阶系统期望闭环主导极点S3为S1、2(11-10)非主导极点S3、S4为S3 - -m r-(11-11)S4 - -n r r(11-12)期望的四阶系统特征方程Dr(s)为Dr(s) = (s2 2 r

8、rS，,，2)(S m r r)(s n r r)(11-13)根据极点配置法求解，得a。: LCmn 12 r4(11-14)a2a3=LC (m n 2mn r2) r r3=LC1 (2m 2n mn)： .：=LC(2 m n) r r(11-15)(11-16)(11-17)a2 - CK2i - 1K1PK2P(11-18)aoK2i(11-19)a3K2Pr(11-20)32_ 一一2.CK2i . (1 一 a2 )K2i , & K 2P K2i 一 K2Pa0 = 0(11-21)将 r =0.8r =3500 m = n =10r =0.6C ,代入(11-14)到(11-21 )求得_ _ 9a0 =6.24 10a1 =3.30 106a2 =721.4025a3 = 0.04K2P =307.0923K2i =53.059K1P = 2.3459K1i =5267.7326二.仿真2.1 电压单闭环控制系统仿真电压单闭环控制系统仿真模型，如图 10所示图10电压单闭环控制系统仿真模型给定为幅值311V、频率60HZ的交流信号时当在0.0208s时加入负载最小电阻6.05 C ,0.054s时去掉负载时，负载电流i0的波形如图11所示，输出电压V。的波形如图12所示图11负载电流i0的波形图12输出电压V。的波形当在0.0208s时加入6.05 C负载，峰值电压下凹到293V,在0.054s去掉负载时， 峰值电压凸起到328V。突加、突减负载对系统影响较明显。当在0.0208s时加入3G负载，0.054s

《8KVA单相逆变器设计与仿真资料》由会员桔****分享，可在线阅读，更多相关《8KVA单相逆变器设计与仿真资料》请在金锄头文库上搜索。