課程設(shè)計—kva單相逆變器設(shè)計與仿真

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1、5KVA單相逆變器設(shè)計與仿真姓名：班級：學(xué)號：同組同學(xué)：目錄1、技術(shù)要求22、負(fù)載參數(shù)計算23、濾波電路的設(shè)計24、逆變電路輸出電壓35、逆變電路輸出正弦電壓56、逆變器輸出電流的計算67、主開關(guān)元器件的選擇78、控制策略79、控制器設(shè)計與仿真811、結(jié)論12131、技術(shù)要求1）輸出電壓：110V2）輸出頻率：50HZ3）輸出功率：5KVA4）負(fù)載功率因數(shù)：5）過載倍數(shù)：1.52、負(fù)載參數(shù)計算1）負(fù)載電感最小值計算公式1公式2公式32）負(fù)載電阻最小值計算（1）當(dāng)時，公式4（2）當(dāng)時，公式53、濾波電路的設(shè)計1

2、）濾波電感的設(shè)計作用：（1）減小輸出電壓的諧波電壓；（2）保證基波電壓的傳輸。注意：不應(yīng)太大而接近于1，應(yīng)較小。選,公式6實取2mH。公式713濾波電路固有頻率公式82）濾波電容的設(shè)計濾波電容與負(fù)載并聯(lián)，對逆變電路輸出電流影響較大，所以設(shè)計濾波電路時先選擇設(shè)計濾波電容。取濾波電容容抗為負(fù)載電感感抗的2倍：公式9取400uF，4個100uF、250V的電容并聯(lián)起來。公式104、逆變電路輸出電壓如圖1單相逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖，L為輸出濾波電感，C為濾波電容，r為綜合了線路電阻、濾波電感等效串聯(lián)電阻、開關(guān)管壓降和死區(qū)

3、效應(yīng)等因素的等效電阻。圖113（1）空載時公式1公式2公式3（2）額定負(fù)載時1）當(dāng)時公式4公式5公式6公式72）當(dāng)時公式8公式9公式1013公式11公式12（3）過載150%時1）當(dāng)=1時公式23公式24公式252）當(dāng)=0.8時公式26=56.2A公式27=35.3V公式285、逆變電路輸出正弦電壓全橋電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為公式2913由于橋臂上下管互補(bǔ)通斷要保留一定的死去時間，且管子導(dǎo)通有壓降，故輸出電壓達(dá)不到,只能達(dá)到M為同一通路中開關(guān)器件個數(shù)（m=2），k是死區(qū)時間引起的壓降系數(shù)K<1，公式30

4、設(shè)=0.9328管壓降取3V，公式31取190V，逆變電路輸出電壓為取150V。6、逆變器輸出電流的計算（1）逆變器輸出電流有效值公式32公式33（2）逆變器輸出電流峰值公式34公式35137、主開關(guān)元器件的選擇（1）常用開關(guān)器件功率-頻率如圖所示選擇MOSFET（2）MOSFET流過的峰值電流和耐壓值的計算公式36公式37公式388、控制策略13逆變器雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)由外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器和內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器組成。外環(huán)電壓調(diào)節(jié)器一般采用PI調(diào)節(jié)器，內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器可以采用PI調(diào)節(jié)器或P調(diào)節(jié)器。電容電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)控制系統(tǒng)

5、動態(tài)性能好，抗負(fù)載擾動性能強(qiáng)。PWM逆變器電容電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖2所示：電壓給定信號ur與輸出電壓反饋信號u0比較得到電壓誤差，經(jīng)過電壓調(diào)節(jié)器Gv產(chǎn)生電流給定信號uir，uir與電容電流反饋信號ic比較而得的電流誤差信號經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器Gi形成控制量u1，對逆變器實施控制。9、控制器設(shè)計與仿真（1）控制器的設(shè)計在該雙環(huán)控制方案中，電流內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，簡稱雙環(huán)PI-PI控制系統(tǒng)。其中電流調(diào)節(jié)器Gi的比例環(huán)節(jié)用來增加逆變器的阻尼系數(shù)，使整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并保證有很強(qiáng)的魯棒性；電流調(diào)節(jié)器的積分環(huán)

6、節(jié)用來減少電流環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差；電壓外環(huán)也采用PI調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器GV的作用是使得輸出電壓波形瞬時跟蹤給定值。這種電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)雙環(huán)控制的動態(tài)響應(yīng)速度十分快，且靜態(tài)誤差很小。電壓和電流調(diào)節(jié)器分別為：電壓和電流調(diào)節(jié)器分別為：公式39公式40可得到該控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：公式4113系統(tǒng)輸出傳函中的前一部分()urGs體現(xiàn)了控制系統(tǒng)輸出對正弦電壓給定ru的跟蹤性能，而后一部分()ioGs體現(xiàn)了負(fù)載電流對控制系統(tǒng)輸出的擾動特性，即系統(tǒng)等效輸出阻抗。其中控制系統(tǒng)特征方程為：公式42對上述系統(tǒng)按極點(diǎn)配置方法設(shè)計控制器參數(shù)。

7、雙環(huán)控制系統(tǒng)的控制器參數(shù)按常規(guī)方法設(shè)計，需考慮兩個調(diào)節(jié)器之間的響應(yīng)速度、頻帶寬度的相互影響與協(xié)調(diào)，制器設(shè)計步驟復(fù)雜，還需要反復(fù)試湊驗證；采用極點(diǎn)配置方法大大簡化了設(shè)計過程，同時能滿足高性能指標(biāo)要求，這種設(shè)計方法具有明顯的優(yōu)越性。四階系統(tǒng)希望閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)公式43非主導(dǎo)極點(diǎn)公式44公式45希望四階系統(tǒng)特征方程為公式13公式14公式15公式16公式50公式51的實數(shù)根公式52公式53針對一臺單相PWM逆變器進(jìn)行雙環(huán)控制器設(shè)計，逆變器的主要參數(shù)如下：額定輸出電壓Uor=110V（rms），額定頻率f=50Hz，額定輸

8、出功率Po=5kW，額定功率因數(shù)cosφ=0.8，輸出濾波電感L=2mH，輸出濾波電容C=400μF，等效阻尼電阻r=0.1Ω，PWM開關(guān)頻率fsw=10kHz。取期望阻尼比ζr=0.8，期望自然頻率ωr=2500，m=6,n=8可得：13（2）仿真結(jié)果將圖3數(shù)學(xué)模型仿真，得圖4波形如下圖313波形圖輸出電壓波形圖13突加負(fù)載時的電壓波形圖（放大）突減負(fù)載時的電壓波形圖（放大）1311、結(jié)論本文建立