18KVA单相逆变电源设计解读.doc

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300V 2、输出频率：100Hz 3、输出功率：18KVA 4、负载功率因数：,滞后 5、负载短时过载倍数：1.5 6、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 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 3.1 主电路原理图如图1所示 图 1 3.2输出电路和负载计算 3.2.1 负载侧参数设计计算 负载侧的电路结构图如图2所示，根据图2相关经计算结果如下： 图2 负载侧电路结构图 1. 负载电阻最小值： =1.0时，R=/； =0.8时，R=/( 2. 负载电感最小值： =/(2)=8.3/()=0.0132 3. 滤波电容： 取滤波电容的容抗等于负载电感感抗的2倍，则： =1/(2)=1/(210032)=95.92 取电容为100,将10个10的AC电容进行并联，= 1/(2)=1/=15.9 4.滤波电抗L的计算 选取主开关器件工作频率=N=32100=3200Hz由于移相原因，输出线电压的开关频率变为：2=6400HZ取滤波电路固有谐振频率=1/(2)=/6=533.3Hz 则：= 1/（4）= 1/(4100)=880 实选用 L=900uH 由此 特征阻抗 3.2.2 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。 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： 。 这说明空载时输出电路是升压的。 额定负载时：额定负载时，当和的矢量图分别如图5 和图6所示。 图5 时的矢量图 图6 时的矢量图 ： ， 。这说明时，即使满载，输出电路也是升压的。 ：， ，，， ， 负载最重时 本设计中，负载最重为过载150%时，功率因数最低为0.8，此时：，，，，，可见输出电路此时降压比较严重。 逆变电路输出正弦电压计算 单相桥式电路输出电压为：。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：。其中：；为“死区”间隔引起的压降系数: , 则: 本设计中取，则：，考虑整流滤波电路的压降后，实际取为：。则三相逆变电路输出线电压为： 实际取为：。 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，逆变电路输出线电压，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，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,付方电流如图示（滞后），原方电流。 图8 电压匹配电路图 由，可得：，和， 由矢量图可得：，，考虑变压器内阻和激磁等原因，调整变比和原方电流：。故，取实际的变比为0.7533， 。将电感折算到原边得： 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：， 开关器件中电流峰值： 在连续情况下安全裕量选为2，则：，在过载情况下安全裕量选为1.5，则： 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： 变压器输出功率为： (单相为)，输入功率为：