正弦波逆变器设计.doc

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1、正弦波逆变器逆变主电路介绍主电路及其仿真波形图1主电路的仿真原理图图1.1是输出电压的波形和输出电感电流的波形。上部分为输出电压波形，下面为电感电流波形。图1.1输出电压和输出电感电流的波形图1.2为通过三角载波与正弦基波比较输出的驱动信号，从上到下分别为S1、S3、S2、S4的驱动信号，从图中可以看出和理论分析的HPWM调制方式的开关管的工作波形向一致。图1.2开关管波形从图1.3的放大的图形可以看出，四个开关管工作在正半周期，S1和S3工作在互补的调制状态，S4工作在常导通状态，S2截止；在负半周

2、期，S2和S4工作在互补的调制状态，S3工作在常导通状态，S1截止。图1.3放大的开关管波形图1.4为主电路工作模态的仿真波形，图中从上到下分别为C3的电压波形、C1的电压波形、S3开关管的驱动波形，S1的驱动波形。从图中可以看出在S1关断的瞬间，辅助电容的电压开始上升，完成充电过程，同时S3上的辅助电容完成放电过程，S3开通。图1.4工作模态仿真波形图1.5为开关管的驱动电压波形和电感电流波形图，图中从上到下分别为电感电流波形、S3驱动波形、S1驱动波形。从图中可以看出当S1关断瞬间到S3开通的瞬间

3、，电感电流为一恒值，S3开通后，电感电流不断下降到S3关断时的最小值，然后到S1开通之前仍然为一恒值，直到S1开通，重复以上过程。根据以上结论可以看出仿真分析状态和前面的理论分析完全符合。图1.5开关管的驱动电压波形和电感电流波形2滤波环节参数设计与仿真分析2.1输出滤波电感和电容的选取对逆变电源而言，由于逆变电路输出电压波形谐波含量较高，为获得良好的正弦波形，必须设计良好的LC滤波器来消除开关频率附近的高次谐波。滤波电容Cf是滤除高次谐波，保证输出电压的THD满足要求。Cf越大，则THD小，但是Cf

4、不断的增大，意味着无功电流也随之增加，从而增加了逆变电源的电容容量，同时会导致逆变电源系统体积重量增加，同时电容太大，充放电时间也延长，对输出波形也会产生一定的影响。逆变桥输出调制波形中的高次谐波主要降在滤波电感的两端，所以L的大小关系到输出波形的质量。要保证输出的谐波含量较低，滤波电感的感值不能太小。增加滤波器电感量可以更好地抑制低次谐波，但是电感量的增加带来体积重量的加大。不仅如此，滤波电感的大小还影响逆变器的动态特性。滤波电感越大，电感电流变化越慢，动态时间越长，波形畸变越严重。而减小滤波电感，

5、可以改善电路的动态性能，则使得输出电流的开关纹波加大，必然增大磁滞损耗，波形也会变差。综合以上的分析，在LC滤波器的参数设计时应综合考虑。本文设计的LC滤波器如图3.12中所示，电感的电抗,随频率的升高而增大。电容的电抗为，随频率的升高而减小。所对应的频率为谐振频率，即。设逆变器输出电压的基波频率为，开关频率为，则有。由于，故，电感对基波信号的阻抗小，电容对基波分流信号很小，即基波器允许基波信号通过。由于，故，电感对开关频率分量阻抗很大，电容对开关频率分量分流很大，即滤波器不允许开关频率分量通过，更不

6、允许它的高次谐波分量通过。则该滤波器可以满足滤波要求。由于采用了高频开关技术，输出正弦波的谐波分量主要集中在开关电源附近，因此谐振频率可以选得较高。设，而谐振频率，则可得L、C的计算公式：，（式1-1）本文的逆变电源功率为输出电压为235V，开关频率为15KHZ，额定负载为56Ω。一般取额定负载的0.4~0.8倍，而fc一般取开关频率的0.04~0.1倍，本设计取，,则由式（1-1）可计算出：（式1-2）（式1-3）2.2输出滤波电感的设计本文为。滤波电容电流的有效值为：（式2-1）110%负载时，负

7、载的电流有效值为（式2-2）容性负载时电感电流最大，因此电感电流的有效值为：（式2-3）其中，。考虑到滤波电感电流的脉动量，滤波电感的电流峰值为：（式2-4）电感选用型铁氧体材料铁心,其磁路截面积，窗口面积,，滤波电感的匝数为：（式2-5）取N=206匝，气隙：。按滤波电感电流有效值。选取导线，取，导线的截面积为，导线选用的铜皮。窗口利用系数，可以成功绕制。2.3滤波环节仿真分析为了验证滤波环节的参数设计，根据主电路拓扑结构，对电容和电感值进行了仿真分析。图2.1（a）的参数为：，，可以明显看出输出电

8、压的波形优于其他两个输出波形；图2.1（b）为的输出电压波形，从图中可以看出，由于电感的值变小，输出电压的谐波含量变大；图2.1（c）为，的输出电压波形，由于电容的过大，反而使输出电压的纹波加大。（a）标准输出电压波形(b)L=0.446mH,输出电压波形(b)C=10µF,输出电压波形图2.1滤波环节参数仿真分析3:逆变数字控制系统硬件设计数字信号处理器（DigitalSignalProcessor,DSP）是针对数字信号处理的需求而设计的一种可编程的