課程設(shè)計-5KVA單相逆變器設(shè)計與仿真

實用文檔5KVA單相逆變器設(shè)計與仿真姓名：班級：學(xué)號：同組同學(xué)：實用文檔目錄1、技術(shù)要求 22、負載參數(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 89、控制器設(shè)計與仿真 811、結(jié)論 13實用文檔1、技術(shù)要求1）輸出電壓：110V 2 ）輸出頻率：50HZ3）輸出功率：5KVA 4 ）負載功率因數(shù)：cos 0.8~1 5 ）過載倍數(shù)：1.52、負載參數(shù)計算1）負載電感最小值計算QLSOsin3000KVar公式1ZL'UO2/QL110/30004.033公式2L'ZL'/(2f)4.033/(100）12.84mH公式32）負載電阻最小值計算（1）當cos1時，RUO2/PO2.42公式4（2）當cos時，U2/(Ocos)3.025公式50.8RP3、濾波電路的設(shè)計1）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。2選wL0.6,L0.6公式61.912mH250實取2mH。ZLwL2fL0.628公式7實用文檔濾波電路固有頻率f'1177.94Hz公式82LC2）濾波電容的設(shè)計濾波電容與負載并聯(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載電感感抗的 2倍：ZC2ZL'8.066公式9C1/(2fZC)394.8uF取400uF，4個100uF、250V的電容并聯(lián)起來。ZC實11-67.962公式102fc250400104、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)效應(yīng)等因素的等效電阻。圖1實用文檔（1）空載時ICILUO11013.816AZC7.962ULILZL13.8160.6288.676VUIUOUL1108.676101.32V（2）額定負載時1）當cos1時UOarctan(ZC)arctanR16.95UOZCR22ILIC2IR211011047.499A7.9622.42ULZLIL0.62847.49929.8VUI110232.2992211032.299cos105.4V22）當cos0.8時ILIC110110110110'ZC4.03313.459AZL7.962arctan13.4590.3541103.025ILIR2IL'IC2110230.415A13.45924.033

公式1公式2公式3公式4公式5公式6公式7公式8公式9公式10實用文檔UL ZL IL 0.628 30.415 19.100VUI110219.12211019.1cos0.354117.989V23）過載150%時1）當cos =1時θarctan（R2.42）arctan11.31.5Zc1.57.94ILIC21.5IR269.5AULZLIL43.7VUi110.1V2）當cos =0.8時θ（13.65）14.1arctan1101.53.025IL=(IL'-2IC)+IR2=56.2AULZLIL=35.3VUi 144.5V

公式11公式12公式23公式24公式25公式26公式27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UDC的關(guān)系為22UDC0.9UDC公式29UAC由于橋臂上下管互補通斷要保留一定的死去時間，且管子導(dǎo)通有壓降，故輸出電實用文檔壓達不到0.354UDC,只能達到0.354k(UDCmVECSET)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，kT2T公式30T設(shè)fk9.6khz,T3.5uS9.613-23.510-6k101=0.93289.6106管壓降UCECSET取3V，UDC11020.91.35189.0V公式31取190V，逆變電路輸出電壓為0.90.9328190-32154.45V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實用文檔公式357、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38實用文檔8、控制策略逆變器雙閉環(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)動態(tài)性能好，抗負載擾動性能強。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)生電流給定信號誤差信號經(jīng)過電流調(diào)節(jié)器

uir，uir 與電容電流反饋信號 ic 比較而得的電流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，并保證有很強的魯棒性；電流調(diào)節(jié)器的積分環(huán)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：實用文檔GVsk1ik1p公式39sGisk2i公式40k2ps可得到該控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：UOsk1psk1ik2psk2iUrs2sLrIOs公式41LCDsLCDsGursUrsGiosIOs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：Dss4rCCk2ps31k1pk2pCk2is2k1pk2ik2pk1isk1ik2i公式42LCLCLCLC對上述系統(tǒng)按極點配置方法設(shè)計控制器參數(shù)。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；采用極點配置方法大大簡化了設(shè)計過程，同時能滿足高性能指標要求，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s1,2rwrjwr12公式43r非主導(dǎo)極點s3mrwr公式44s4nrwr公式45希望四階系統(tǒng)特征方程為Drss22rwrswr2smrwrsnrwra0LCmnr2wr4公式13a1LCmn2mnrwr3公式14a2LC12m2nmnr2wr2公式15a3LCm2nrwr公式16k2pa3r公式50L31a2k2ia1k2pk2i20公式51Ck2ik2pa0的實數(shù)根k1pa2Ck2i1k2p公式52實用文檔a0k1i 公式53k2i針對一臺單相PWM逆變器進行雙環(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：a080010968250049.6108a1800109688260.8250037.544105a280010912628860.6425002248.2a38001096280.6425000.0256k1pa2Ck2i12.261k2pk2pa3r0.0256-4-0.163.9L410k1ia03738.67k2ik2i256775.9（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3實用文檔波形圖輸出電壓波形圖實用文檔突加負載時的電壓波形圖（放大）突減負載時的