10kw逆变电源主电路设计
前言
逆变是利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程。例如：应用晶闸管的电力机车，当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行，机车的位能转变成电能，反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机，要使它迅速制动，也可让电动机作发电机运行，把电动机的动能转变为电能，反送到电网中去。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。
变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外，还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。
逆变电源因体积小、重量轻、节材、节能、转换效果高等特点，现已得到了广泛应用。目前逆变电路的拓扑结构主要有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式等多种类型。根据需求可采用不同拓扑形式的逆变电路满足其需求。目前IGBT （绝缘栅双极型晶体管）是逆变电源中常用的功率器件，已逐步取代原晶闸管、晶体管、场效应管（MOSFET）。由于桥式逆变电源在选择功率开关器件耐压要求可以稍低，并有较高的功率输出，现通常采用全桥式逆变电路来实现较大功率输出。课程设计所要求做的是2kw的逆变电源主电路设计（要求：电网电压380v，允许变化10%,要求输出220v，50KHz交流电压向负载供电）。
目录
1. 逆变电源发展及主电路的选择………………………………………………………
1.1 逆变电源的发展··················································
1.2 主电路的结构选择············································
2. 主电路部分设计……………………………………………………………………
2.1 整流电路设计部分………………………………………………………………
2.1.1 整流二极管的选择…………………………………………………………
2.1.2 整流二极管的保护设计……………………………………………………
的选取………………………………………………………………
2.2 滤波电容C
d
2.3 斩波电路设计······················································ 2.
3.1 斩波参数的选择············································2.4 逆变电路部分设计…………………………………………………………………
2.4.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的选择…………………………………
2.4.2I G B T的保护设计…………………………………………………
3. 高频变压器设计部分…………………………………………………………………
3.1 高频变压器主要参数………………………………………………………
3.2 变压器磁芯的选择………………………………………………………………
3.3 高频变压器一次侧、二次侧绕组匝数计算································
3.4 计算绕组导线线径及估算铜窗占有率························
4.心得体会…………………………………………………………………………
5.参考文献…………………………………………………………………………………
1.逆变电源发展方向及主电路的结构选择
1.1 逆变电源的发展方向
高频逆变电源的发展与电力电子技术和器件的发展密切相关，高频逆变式电源正是随着现代
电力电子技术的发展而发展起来的。
感应加热技术从诞生至今，经过近百年的发展，取得了令人瞩目的成果，尤其是六十年代以后，固态电力电子器件的出现与发展，使感应加热技术和现代化生产的许多方面密切相关，发挥了很大的的作用，因此世界各国都十分关注感应加热技术的发展，并投入了相当的经济支持和技术力量。目前传统的感应加热电源与固态感应加热电源取长补短，互补共存。
目前逆变式电源技术正朝以下方向发展：
一、沿20kHz的技术路线开发研制50kHz、100kHz级的逆变式电源。
二、探讨旨在降低电力电子器件开关功耗，提高开关频率的零电压、零电流开关(软开关)技术，其中包括电路拓扑结构和工程实现。高频(1～10MHz)谐振开关技术，包括准谐振式和多谐振式零电压、零电流技术，是近10年来国际电力电子领域研究的热点。目前在1～10MHz，实验室已达数百瓦水平；在100kHz级达几千瓦水平。高频谐振软开关技术只有在数百kHz以上才能充分显示其巨大的优越性，由于器件、材料和技术上的原因，在今后较长的一段时间内，高频逆变式电源依然以硬开关技术为主，但软开关技术也将愈来愈多地得到开发和应用[1]。
三、研制和生产大容量的逆变式电源。为适应市场的需求，大功率、高频率逆变式电源已经引起越来越多人的关注，大量研发工作正在进行，而且容量还在不断增大。
四、研制和生产智能控制的逆变式电源。为适应高质量、高性能和加热工作的市场需求，愈来愈多地研究开发和生产智能控制的逆变式电源，其中包括了波形控制和模糊控制技术，人工神经网络技术、自动跟踪技术等等。采用波形控制和模糊控制技术的逆变式电源，在日本、美国、法国等国已有批量产品，我国已有研究开发成果和样机。
五、研究功率因数校正和减少电网谐振干扰。目前串联逆变式电源的输入整流滤波单元均采用不可控二极管整流和大容量滤波电容，它会产生交变的严重非正弦化和窄脉冲电流，导致有的逆变器功率因数很低，如半桥式逆变器只有0.65左右。随着逆变式电源的日益推广应用，电网谐振问题变得愈来愈严重，因而改善输入电流波形和提高功率因数已成为重要的课题，特别是对三相和中大功率的逆变式电源需要进一步开展功率因数校正和减少电网谐振波干扰的研
究
1.2主电路的结构选择
根据负载谐振形式的不同，可以将电源逆变器分为串联谐振式逆变器和并联谐振式逆变器两种逆变结构。图2-1和图2-2分别给出了两种逆变器的拓扑结构。
图1-1串联谐振逆变器结构图1-2并联谐振逆变器结构
1.1.2 逆变电源的结构的选择
串联谐振式逆变器的输入端并接有大电容，逆变器将直流电压变换为交流电压，因此也称为电压源型逆变器；电流型逆变器的输入端串接有大电感，形成平稳的直流电流，逆变器将输入的直流电流变换为交流电流输出，因此也称为电流型逆变器。从电路原理的角度来看，两种电路是完全对偶的。这种对偶性主要表现在以下几个方面，如表1-1所示。
表1-1两种逆变器的比较
综合比较串联谐振逆变器和并联谐振逆变器的优缺点，从适合高频小功率应用的角度，本设计选用串联谐振逆变器电路拓扑。
1.2串联谐振式逆变电源稳压调节方式
因为电网电压波动10%，所以要通过稳压调节稳定高频变压器原流I10，从而稳定高频
变压器输出电压使负载正常工作。串联谐振式逆变电源的调压主要方法是直流侧调压。
1.2.1直流则调压方式
直流调压通常采用相控整流或直流斩波来改变逆变器的输入直流电压的大小。
（1）相控整流调压
由六只晶闸管组成三相全桥可控整流电路如图1-3所示。
图1-3相控整流电路
三相全桥可控整流电路是通过控制由6只晶闸管实现的全控整流桥的开通和关断来调节直流输出电压，采用晶闸管整流电路虽原理易懂，并且可以通过调节控制角α，从而稳定电网电压的波动。但是结合信号控制部分来说，相对而言，通过斩波电路的信号控制来调节电压波动更为容易实现。
（2）直流斩波调压
逆变电源中的直流斩波调功方式的调功原理如图1-4所示：
图1-4斩波调功方式原理框图
前端是由六只二极管组成的三相不可控整流器，输出的直流电压Ud，经过电容Cl滤波后送入由开关管T、续流二极管D、滤波电感L1组成的斩波器，调节T的占空比，逆变器得到的电压就在0～Ud之间任意的电压值。本设计选用不控整流加PWM软斩波器的调压方式。
1.3 10kW逆变电源主电路的设计
图1-5 10kW逆变电源主电路图
采用二极管整流，得到脉动的直流电；再用电解电容进行滤波，输出稳定的电压；考虑电网电压波动，通过检测高频变压器原边线圈电流I10并与额定值相比较，调节PWM信号从而通过斩波电路稳定高频变压器原边线圈电流；用IGBT器件逆变，并用SPWM控制方式对逆变开关器件进行控制。从而使输出端得到一系列幅值相等而脉冲宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者需要的波形。按照一定的规则对个脉冲的宽度进行调制，即可以改变逆变电路输出的电压的频率。
此电路特点：（1）可以得到相当接近正弦波的输出电压；
（2）整流电路采用二极管，可以获得接近1的功功率因数；
（3）通过对输出脉冲宽度的控制就可改变输出电压，大大加快了变频器的动态响应。
2. 主要功率器件的计算和选择
2.1整流部分
三相 380V电源，整流电路为三相桥式全波整流电路。
假定没有电压变化，其输入电压为 U=380V,则通过三相桥式不可控整流输出电压直流平均值：
=1.35?U=513V
U
整流滤波后电压为：
U1= 2?380V=537V
考虑电网电压波动(±10%波动)则整流滤波最高电压为：
U1max=110% U1=110%?537V=590V
整流滤波最低电压为：
U1min=90% U1=483 V
电源输出功率为P d =10kW,考虑设整流器、斩波器、逆变器的效率的都为%98，以及高频变压器的效率都为90﹪，并假设电源的功率因数为0.95，设计最大整流输出功率为： 12kW 95
.098.098.09.010000
P d
d =???=
=
η
P M
P dM =I dm ?U 1min
则最大整流输出电流 :
I dm =
1dM U P =V
KW
53712=22.5A 2.1.1 整流二极管模块的选择
（1）二极管的平均通态电流为1/3I dm (1/3应是三相整流中，每组二极管通过电流的总电流的1/3)，则二极管电流有效值 I D =
3
I dM
。 I D =
3
I dM =322.5A =13A
二极管电流定额： I DN =2?
57
.1D
I =2?57.113A =16.5A (考虑2倍安全余量)
二极管电压定额：
U NRM =)(1001.121V U -??=2?1.1?537V 100-=1082V
选择额定电流为20A ，额定电压为1200V 的快速恢复整流二极管 型号：MUR20120。
2.1.2 整流二极管的保护设计
（1）过压保护
正常工作时，二极管能承受的最大峰值UM 有一定的限度。超过此峰值电压的就算过电压。在这个流装置中，任何偶然出现的过电压均不应该超过元件的不重复峰值电压UDSM ，而任何周期性出现的过电压则应小于元件的重复峰值电压URSM 。这两种电压都是经常发生和不可避免的。因此，在变流电路中，必须采用各种有效保护措施，以抑制各种暂态过电压，保护二极管元件不收损坏。
抑制暂态过电压的方法一般有3种：①用电阻消耗过电压的能量；②用非线性元件限制过电压的幅值；③用储能元件吸收过电压的能量。若以过电压保护装设的部位来分，有交流侧保护，直流侧保护和元件保护3种。（以下计算均为经验公式)
交流侧和直流侧过电压保护采用压敏电阻；二极管采用RC 电路保护。压敏电阻的参数和RC 电路值计算与选用方法如下。常用于中小功率整流器过电压保护时可选用3~5kA ；用于防雷保护时可选用5~20kA 。
①交流侧过电压保护计算：
UV A 23.1U 1m ≥
式中 U ───压敏电阻两段正常工作电压的有效值。U1mA 上限的确定应是在吸收过电压时，其残压低于被保护的整流二极管所允许的电压值。
侧交流侧压敏电阻U1的选择考虑电网电压波动(±10%波动)则： 768V 3801.121.3U 1m A =???≥
因为通常用于中小功率整流器操作过电压保护时，可选择3~5kA ，故压敏电阻R V1～R V3选择VJY 型额定电压为1000V ，5kA 。 ②二极管的过电压保护：
整流二极管的过电压保护，通常是在二极管元件两端并联RC 电路，如图所示。 整流二极管过电压保护电路RC 的选择：
电容
)(10)5~5.2(3
F I C F μ??=- 电容耐压 )(5.1V U U TN C ≥，电阻R 一般取R=10～30Ω,对于整流管取下限值。其功率满足：
)(1075.16
2W fCU P m R -?=
F I ——二极管额定电流（A ） d
U ——整流输出额定电压(V) m
U ——二极管两端电压峰值。
整流二极管的过电压保护，通常是在二极管元件两端并联RC 电路，如图2─1所示。
图2─1 RC 保护 则保护电路参数计算：
C=(2.5～5)=??2010-3
0.05～0.1F μ，取0.1F μ； V 8065375.1U c =?≥，取1500V ；
A
I F / 10 20 50 100 200 500 1000 F
C μ/
0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 Ω/R
100
80
40
20
10
5
2
表2-1 二极管RC 保护电路参数经验值
R=10Ω， 3.05W 105900.1501.75P -6
2
R =????≥，取4W 。
③直流侧过电压保护 在直流情况下：
≥1mA U （1.8～2.2）U d0V 式中 U d0───整流滤波后的直流输出电压。
则，U 1MA ≥(1.8～2.2)×537V=（967～1181）V ，所以压敏电阻R V4取1200v ，5kA 。 （2）过电流保护 快速熔断器选用原则：
额定电压：额定电压RN U 不小于正常工作电压的方均根值。
额定电流：额定电流RN I 应按它保护的元件实际流过的电流R I （方均根值）来选择，一般可用下列各式计算。
①交流侧过电流保护采用快速熔断器
额定电压：额定电压RN U 不小于正常工作电压的方均根值。
额定电流：额定电流RN I 应按它保护的元件实际流过的电流R I （方均根值）来选择，一般可用下列各式计算。 交流侧：
max 2??≥Z RN I K I RN I ──熔体额定电流 max ?Z I ──最大整流电流 2K ──三相桥式取0.816
所以： 18.36A 22.50.816I 2ZMAX 2RN =?=?≥?≥dM I K I K
故交流侧快速熔断器F0～F3选择RS3额定电压750V,考虑熔体额定电流应选4A 的快速 熔器。为限制短路电流上升率和瞬时短路电流峰值，在交流输入端串三只进线电抗（L 1～L 3）,数值180H μ，进线电抗还能阻隔中频谐波影响交流电网。 ②二极管的过电流保护：
36.182=?=ZAM RN I K I ，
故交流侧快速熔断器FU1～FU6选择RS3额定电压750V,熔体额定电流20A 的快速熔断器。
③直流侧过电流保护采用快速熔断器
dM RN I I ==18.36A ，
故直流侧快速熔断器FU7～FU8选择RS3额定电压750V,熔体额定电流20A 的快速熔断器。
2.1.2滤波电容C d 选择
（1）电解电容C d 的作用：
三相全波整流输出的直流脉动频率300Hz ，为了供给逆变平滑的直流电压，必须输入整流电路和逆变器之间加入滤波电容，以减小整流输出后直流电的交流成分。滤波电容一用电解电容器。电解电容C d 往往只被人们误解城市滤波电容。实际上，电解电容C d 除了滤波意外更重要的的作用是吸收负载电感的反馈能量，起无功功率存储交换的作用。电容不仅增加了变器的效率，而且保证了逆变器的可靠运行。 （2）滤波电容C d 的计算
如果把6次谐波脉动电压U d(6)限制在%1??U 的范围内则： %
6U I C 0d(6)
d ??≥
?ω （式中 I d(6) ────6次脉动电流有效值，ω───市电
网频率，当f =50Hz 时，ω=314rad/s)
确定电解电容时，应首先考虑电网波动±10%，当输出整流输出电压为最低值为
90%U 0=462V 513V 90%≈? ；且要保证输出功率则 I d(6)26A %90U P 0
dM
≈≈
；
这里1%%=?；
F 2.7%
1/314rad 6513V 26A
C d μ≈???≥
s
电容两端电压1184V U 1.12U 0dc =??≥
考虑较大的电解电容可以得到更平缓的输入电压并综合考虑成本实际选用两只标称为3300
μF/600V 直流的电解电容串联使用。
2.3 斩波电路设计
2.3.1斩波参数的选择
（1） 开关管的选择：
斩波器的频率fr 选定为50kHz ，整流桥的输出电流即斩波器的最大输入电流I dM =22.5A ，输入电压为U 1=537V ，斩波器承受的最大电压与整流桥一致，为537V ， 输入电网电压380V 整流滤波后，直流输出最大值U d =2U ×1.1×α，其中，U 为 380V 电网电压有效值；1.1为电压波动系数；α为1.1裕量(或安全)系数。则，
U d =2×380×1.1×1.1=650V 。
该值为IGBT 所承受的稳态最大电压值。但在实际工作中，IGBT 所承受的最大峰值电压往往在关断时，其关断峰值电压U ceps =(U d ×1.15+150)·α。其中，U d 为直流输出电压大值；1.15为过电压系数；150为感抗电流上升率di/dt 引起的尖峰电压(V)；α为1.1裕量(或安全)系数。
则Uceps=(Ud ×1.15+150)×α=(650×1.15+150)×1.1=987.25 V ， 考虑IGBT 电压格则选1200V 为实际电压值。
流过斩波器的最大电流为I=（1.5～2）?22.5=（33.75～45）A ，所以选择50A ，1200V IGBT 选取FUJI 公司的IGBT ，型号1MBH50D_120，故即使在该开关管发热情况较严重的情况下仍可保证其通流能力在可靠范围内。 （2）开关管反并联二极管Ds 的选择：
开关管反并联二极管Ds 其电流值为I dM=22.5A ，其参数与第四章中的整流二极管参数基本一致，所以考虑安全余量选择额定电流30A ，额定电压1200V 的快速恢复二极管，型号：MUR30120 （3）续流二极管D f 的选择：
续流二极管D f 的参数也与第四章中的整流二极管参数基本一致，所以考虑安全余量选择额定电流20A ，额定电压1200V 的快速恢复二极管，型号：MUR20120 （4）软开关谐振电感和谐振电容的选择：
Lr 和Cr 的设计取决于它的谐振频率fr 和最大输出电流Iomax 。可以按照以下式子进 行确定。 mH I U K f dM c r 8.605.22537
8.010502121L 31r =?????=?=ππ nF U I f c dM r 167.0537
8.05
.22105021K 21C 3
1r =?????=?=
ππ 式中： K c =0.8。
取Lr=60.8H m ,f C =0.167H n ，电容耐压值1500。
2.4 逆变电路部分设计
2.4.1绝缘栅双极型晶体管（IGBT ）的选择
(1)确定电压额定值U cesp
U d =380α1.12??=650V
式中，α为波动系数，值取1.1。关断时的峰值电压
表2─2 IGBT 电压选择
则U cesp =（650×1.15+150）α=987.25V
式中1.15为过电压保护系数；α为安全系数，一般取1.1；150为电感引起的尖峰电压。 考虑表4─1 IGBT 的电压规格，本设计中选用的IGBT 额定电压为1200V (2)IGBT 模块额定电流确定： 主变压器一次侧电流：I 1.=0
10
22P S 2I N N I U U ?=?
，其中，N P 高频为变压器原边绕组的匝数；Ns 为高频变压器副边绕组的匝数；U 10为变压器一次侧电压，因为经整流逆变后输出电压为方波电压，其有效值不变所以U 10=U 1=537V;U20为变压器二次侧电压，由设计基本条件得出U 20=220V ； I 2为变压器二次侧电流,I 20=45.5A 220V
10000W U P 20d ==。 则，18.6A 537V
220V 45.5A U U I I 102020
10≈==。 IGBT 模块每只管上的平均电流额定值(全桥式整流)I=0.5×I 10=0.5×18.6=9.3A ，如选用 IGBT 模块给定电流额定值是在结温T C =25℃条件下，则模块电流值I CS 应按下列条件给予确定。
I CS =2×I ×1.5×1.4=1.414×9.3×1.5×1.4=27.5A ，
式中：2为峰值系数；I 为IGBT 管上平均电流；1.5为单位时间(1min)过载容量系数； 1.4为IGBT 的I C 减小系数。
根据U cesp =987V ， I CS =27.5，考虑充足的安全余量选择型号为FUJI 公司的IGBT ，型号
1MBH30D_120。 通过上述两种对IGBT 模块选择和理论计算，IGBT 模块选基本吻合的，这说明实际工作中所选用的IGBT 是可行的。
2.4.2 IGBT 的保护设计
（1）过电压保护
功率主回路的吸收电路如图6所示,是用来吸收IGBT 关断浪涌电压和续流二极管反向恢复浪涌电压。在某些应用中，吸收电压还可以减少IGBT 的开关损耗。通常有典型的4种吸收电路，选择时则考虑功率电路的大小来选择相应吸收电路。IGBT 的过压保护如图2─2所示
图2─2 IGBT 过压保护电路
①电容C 的选取： 根据 C=
CE
i f fv C U t t I )(-；
其中 I C -IGBT 最大集电极电流（A ） t fv -IGBT 最大集电极电压上升时间（s ）, t fi -IGBT 最大集电极电流下降时间（s ）, U CE -IGBT 最大集电极与发射极电压（V ）；
一般电容不要选择过大，以0.1μF~0.2μF 为宜，否则电阻发热严重。（取C=0.2μF ） ②电阻的选择： R=
C
t on
3 其中t on -IGBT 最小导通时间； C-吸收缓冲电路中电容值。
在逆变频率为20kHz 则 D(占空比)=
)
(周期T t on
=t on ×f
t on =
f D =3
10501.0?=2μs 电源最小占空比为0.1，由R=
C
t on
3确定阻值大小。所以，R=3.3Ω，取5Ω。 ③二极管D 的选择： 快恢复二极管（FRD ）：有0.8-1.1V 的正向导通压降，35-85ns 的反向恢复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。 整流输出的最大电流为I=（1.5～2）?22.5=（33.75～45）A ，所以选择50A ，1200V 故即使在该开关管发热情况较严重的情况下仍可保证其通流能力在可靠范围内。所以器件选取型号：MUR50120。 （2）过电流保护
过电流保护的熔断器的额定电流，取值取IGBT 额定电流的1.5~2倍裕量， 即： I RN =27.5×（1.5~2）=41.25A ～55A ， U RN =1000V 。 所以FU9～FU12选择RS3型额定电压1000V,熔体额定电流50A 的快速熔断器。
3高频变压器的设计
3.1 高频变压器主要参数
高频变压器输出功率P T =Pd=10000W; 原边绕组电压幅值U 1
=537V ；
次级输出电压U 20=2200V ： 开关频率f =50kHz ； 额定输出电流I 20=45.5A ；
变压器效率0.9=η
3.2变压器磁芯的选择
适用于高频的磁芯材料有铁氧体磁芯，铁粉磁芯以及非晶合金。设计时，要查找三类磁芯
的基本特性以选择合适的磁芯材料，在一般情况下都可选用铁氧体材料满足设计要求。然后在根据厂家提供的磁芯材料手册(一般可在磁芯厂家网站获得)选取具体的磁芯材料编号并获得其具体特性参数。
磁芯规格的选取通常可先估算变压器的效率，然后由输出功率和估算效率计算出变压器的输人功率，再根据生产厂家给出的磁芯规格和传送功率的关系数据来选择。如果手头缺少上述资料，可利用常用A p 法进行估算选取。
C
m 6
T Q e P K K B 210A A A δηm s f P ?== （3.1）
式中：
A e 为磁芯截面积(cm 2
）； A Q 为磁芯窗口面积（cm 2）； P T 为变压器的标称输出功率（W ）； B m 是磁芯工作的磁感应强度（G ）；
δ是线圈导线的电流密度，通常取δ=2～3(A/mm 2
)；
Km 是窗口填充系数，一般取0.2～0.4； s f 为开关频率；
K C 是磁芯的填充系数，对于铁氧体K C =1.0。
要选取磁芯的A e A W 接近且大于式(1)中的A P 值。 取δ=2A/mm
2
并将10000W P T =； K m =0．4： K C =1.0；
f =5Ox103(Hz)：
为了多留些余地，可在减小主功率变压器的最大磁通密度B m =1000GS ，等参数一起代人式(3.1)，得
34.71
40.2100010500.921010000A A A 3
6
W e P =????????== 拟选择EE 型磁芯，其外形如图3─1所示。
图3─1 EE 型磁芯外形图 其中A e 和A w 可按下面的式子进行估算。
C E A e ?= ）（E -
D 2
F A w ?=
根据图3─1中提供的磁芯尺寸，我们选择EE110/110，其磁芯尺寸参数如表3─1所示 表3─1 EE 型磁芯尺寸
则，8.642.72.3A e =?=cm 2
，2w 8.12cm 2.7-5.52
5.8A =?=
）（ 因此EE85/88磁芯的功率容量为：
70.168.128.64A A A w e P =?=?= 而2000W 、20kHz 的开关电源的设计功率容量为： A P =34.7
可见它明显小于功率容量乘积值70.16，符合要求。
3.3高频变压器一次侧、二次侧绕组匝数计算
计算高频变压器原边绕组的匝数值：
8.1956
.1310001050410537410410V N 3
8
818INMAX P =?????=?=?=e m e m A fB U A fB 取原边匝数20砸。
计算高频变压器副边绕组的匝数值： 8537
220
20N 1020=?=?
=U U N P S 取整数时副边匝数为8砸。 3.4计算绕组导线线径及估算铜窗占有率
副边绕组导线截面积为： 75.222
5.45A 20
2==
=
δ
I C mm 2
绕组导线规格的选择。高频电流的集肤效应,使导线的实际导电截面积减小。因此。在导线选择上应使用多股导线并绕,副边大电流绕组最好能使用宽而扁的铜带,宽度与变压器磁心窗口高度接近,厚度则受2倍的穿透深度限制。表3列出了高频电流穿透铜导线的深度。
表3─2 高频电流穿透铜导线的深度
因为kHz f 50=,所以允许采取的最大线径为mm d MAX 0.60.322=?=?=如去表称直径为0.94毫米的公制漆包线，需要5.803.014.375
.222
A N 22C22=?==
）
（d π股，取整为81股并绕。
同理，对于变压器原边，其绕组导线截面积为210T C110.35mm 2
5370.910000
U P A =??==
δη。
若同样取标称直径为0．94mm 的公制漆包线进行绕制的话，需要
股）
（6.363.014.335
.102
A N 22C11=?==
d π，取整为37股并绕。 铜窗的占有率估算如下：
2
221W )2
d ()2
d (0.4A N N N N S P +≥π，即
2
2
3.01
4.38183.014.3372013560.4???+???≥?
得 542.4 392.25
所以，铜窗是富裕的。此高频变压器计算参数基本符合要求。总电路图如下：
元件器件：
元器件型号表
序
～标号名称型号规格
号
1 L1～L3电感180μH
2 RV1～RV
3 压敏电阻VJY型1000V，5kA
3 F0～F2快速熔断器RS3型750V,20A
D1～D6整流二极管MUR20120
4 R1～R6 电阻10 ,4W
5 C1～C
6 瓷片电容0.1μH,1500V
6 FU1～FU6 快速熔断器RS3型750V,20A
7 RV4 压敏电阻1000v，5kA。
8 Cd1～Cd2电解电容2×600V/3300μF
9 FU7～FU8快速熔断器RS3型750V,25A
10 IGBT0～IGBT4 绝缘栅双极型晶体管1MBH50D_120
11 Ds,Df,D7～D14快速恢复二极管MUR30120
12 Lr 电感80.6μH
13 Cf 瓷片电容0.167nF
14 FU9～FU12快速熔断器RS3型1000V,50A
15 R9～R12电阻5Ω
16 C7～C8瓷片电容C=0.2μF，1500V
17 高频变压器磁芯EE110/110
逆变器电路DIY(图文详解)
逆变器电路DIY(图文详解) 电子发烧友网：本文的主要介绍了逆变器电路DIY制作过程，并介绍了逆变器工作原理、逆变器电路图及逆变器的性能测试。本文制作的的逆变器(见图1)主要由MOS 场效应管，普通电源变压器构成。其输出功率取决于MOS 场效应管和电源变压器的功率，免除了烦琐的变压器绕制，适合电子爱好者业余制作中采用。下面介绍该逆变器的工作原理及制作过程。 1.逆变器电路图 2.逆变器工作原理 这里我们将详细介绍这个逆变器的工作原理。 2.1.方波信号发生器(见图2)
图2 方波信号发生器 这里采用六反相器CD4069构成方波信号发生器。电路中R1是补偿电阻，用于改善由于电源电压的变化而引起的振荡频率不稳。电路的振荡是通过电容C1充放电完成的。其振荡频率为f=1/2.2RC.图示电路的最大频率为：fmax=1/2.2×3.3×103×2.2×10-6=62.6Hz;最小频率 fmin=1/2.2×4.3×103×2.2×10-6=48.0Hz.由于元件的误差，实际值会略有差异。其它多余的反相器，输入端接地避免影响其它电路。 #p#场效应管驱动电路#e# 2.2场效应管驱动电路 图3 场效应管驱动电路 由于方波信号发生器输出的振荡信号电压最大振幅为0~5V，为充分驱动电源开关电路，这里用TR1、TR2将振荡信号电压放大至0~12V.如图3所示。 4. 逆变器的性能测试 测试电路见图4.这里测试用的输入电源采用内阻低、放电电流大(一般大于100A)的12V汽车电瓶，可为电路提供充足的输入功率。测试用负载为普通的电灯泡。测试的方法是通过改变负载大小，并测量此时的输入电流、电压以及输出电压。输出电压随负荷的增大而下降，灯泡的消耗功率随电压变化而改变。我们也可以通过计算找出输出电压和功率的关系。但实际上由于电灯泡的电阻会随受加在两端电压变化而改变，并且输出电压、电流也不是正弦波，所以这种的计算只能看作是估算。
逆变电源设计报告a.(DOC)
逆变电源设计与总结报告 2013年5月6日星期一
目录 一、方案论证与比较 (1) 1、总体方案的比较 (1) 2、隔离型DC-DC电路方案 (2) 3、高频变压器后级整流方案 (3) 4、SPWM波产生方案 (3) 二、理论分析与计算 (3) 1.高频变压器参数设计 (3) 2.LC低通滤波参数设计 (4) 三、电路与程序设计 (5) 1.推挽式隔离型直流变换电路 (5) 2.逆变电路 (7) 3.保护电路 (7) 4.辅助电源 (8) 5.SPWM产生程序 (8) 四、测试结果及分析 (9) 1.测试方法与测试条件 (9) 2.主要测试结果 (9) 元件参数根据计算可知，L=4.7UH,C=2.2UF.仿真波形如图11所示。 (10) 五、设计总结 (10)
摘要 本设计实现了一种基于的高频链逆变电源。系统由输入欠压保护、推挽升压、全桥逆变、SPWM波产生、低通滤波、输出过流保护、辅助电源等电路组成。12V 的直流电通过推挽式变换逆变为高频方波，经高频变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的约320V直流电压。前级DC-DC变换采用SG3525驱动MOSFET得到高压直流电，然后通过产生的SPWM驱动全桥电路，再经低通滤波得到220V的工频正弦交流电。采用反激式开关电源升压再经稳压芯片稳压供电很好的实现隔离，并且具有输入欠压保护和输出过流保护，输出功率可达100W。该电源体积小、效率高、输出电压稳定，非常适用于车载逆变器。 关键词：推挽升压全桥逆变滤波反激式
Abstract This design implements a Cortex M3 based on the high-frequency link inverter power supply.System consists of input undervoltage protection, push-pull boost, full-bridge inverter, SPWM wave generator, low pass filtering, output over-current protection, auxiliary power and other circuit.12V direct current through the push-pull inverter is a high frequency square wave transform, the high-frequency step-up transformer, then rectified and filtered to get a stable DC voltage of about 320V.Former level DC-DC conversion by using SG3525 drive MOSFET high voltage DC and then generate the SPWM drive M3 full bridge circuit, and then low-pass filter obtained by the frequency sinusoidal AC 220V.With a flyback switching power supply step-up regulator chip re-powering through the realization of good isolation, and with input voltage protection and output over-current protection, output power up to 100W.The power, small size, high efficiency, output voltage stability, ideal for automotive inverter. Key words: push-pull boost full-bridge inverter flyback M3 概述 逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流发电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT 等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。 一、方案论证与比较 1、总体方案的比较 方案一：如图1所示，12V的直流电经过DC-AC逆变成10V/50HZ交流电，再经工频变压器升压到220V.
中频电源电路设计
摘要 随着科学技术的发展以及提高我国国防能力的需要，对军事设施的技术改造已被列为军事技术改造中的重点。中频电源指输出频率为400Hz的电源，它可以为动力系统及导航与武备系统供电。传统的400Hz中频电源体积大，输出波形不稳定。本文所设计的400Hz中频电源通过整流电路、逆变电路、积分电路、放大电路和检波电路及控制其最后的输出电压，实现了电压的稳定输出，具有体积小、功率大和波形无失真等优点，有着广泛的用途和良好的发展前景。 关键词：中频电源，PWM调制，输出变压器
电力电子装置及系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力电子装置及系统的课程设计达到以下几个目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 二、课程设计的要求 1. 题目 题目：中频电源电路设计 主要技术数据 ●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5% ●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5% ●输出功率：4kW ●输出电流：22A ●功率因数：0.8 二、课程设计的要求 1. 题目 题目：中频电源电路设计 主要技术数据 ●输入电压：三相360V～400V，50Hz±5% ●输出电压：单相，220V±2%，400Hz±0.5% ●输出功率：4kW ●输出电流：22A ●功率因数：0.8 ●效率：85% 设计内容： ●主电路设计和参数选择 ●控制系统及辅助电源电路设计 ●电路仿真分析和仿真结果
逆变器电路图
逆变器电路图 这是一种性能优良的家用逆变电源电路图，材料易取，输出功率150W。本电路设计频率为300Hz左右，目的是缩小逆变变压器的体积、重量。输出波形方波。这款逆变电源可以用在停电时家庭照明，电子镇流器的日光灯，开关电源的家用电器等其他方面。 电容器 C1、C2用涤纶电容，三极管 BG1-BG5可以用9013：40V 0.1A 0.5W，BG6-BG7可以用场效应管IRF150：100V 40A 150W 0.055 欧姆。变压器B的绕制请参考逆变器的设计计算方法，业余条件下的调试；先不接功率管，测 A点、B点对地的电压，调整R1或R2使A、B两个点的电压要相同，这样才能输出的方波对称，静态电流也最少。安装时要注意下列事项：BG6、BG7的焊接，必须用接地良好的电烙铁或切断电源后再焊接。大电流要用直径2.5MM以上的粗导线连接，并且连线尽量短，电瓶电压12V、容量12AH以上。功率管要加适当的散热片，例如用100*100*3MM铝板散热。如果你要增加功率，增加同型号的功率管并联使用，相应地增加变压器的功率。 晶体管的选择：考虑到安全因素，要具有一定的安全系素。经验资料如下： 直流电源电压：晶体管集射极耐压BV CEO 6～8V≥20～30V 12～14V≥60～80V 24～28V≥80～100V 计算晶体管集电极电流：I CM（A）=输出功率P（W）÷ 输入电压V（V）× 效率。
式中输入电压即电源电压。效率与选择的电路有关，一般在百分之60～80之间。 铁芯截面积：S（平方厘米）=k×变压器额定功率的平方根，k的选择见下表 P(VA) 5-10 10-50 50-100 100-500 500-1000 k 2-1.75 1.75-1.5 1.5-1.35 1.35-1.25 1.25-1 变压器铁芯的选择：业余制作对变压器铁心要求并不严格。不过硅钢片最好选用薄而质地脆的，或者采用铁氧体磁心。漆包线用高强度的，绕线需用绕线机紧密平绕。 安插硅钢片时要严格平整。初级绕组两端电压与铁心截面积和工作频率等参数的 关系可以用公式表示如下：V=4.44×10-8SKFBN 式中 S --- 铁心截面积（平方厘米）； K --- 硅钢片间隙系数（0.9～0.95）； F --- 逆变器工作频率（赫兹）； B --- 饱和磁通密度（T）； N --- 线圈的匝数（圈）； V --- 初级绕组的电压（伏特）。 K的数值与硅钢片的厚度及片与片之间的间隙有关，铁心层迭越紧，K值越高 一般K取0.9即可。逆变器的工作频率，主要由所选择的铁心决定。采用硅钢片铁心，逆变器工作频率低于2KH Z。采用不同的铁氧体磁心，工作频率在2KH Z～40KH Z之 间。如果工作频率超出了磁心的固有频率，则高频损耗十分严重。饱和磁通密度
逆变电源 毕业设计 2008
系：电气与信息工程系 专业：电气工程及其自动化班级： 0404 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2008年月日
诚信声明 本人声明： 1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果； 2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料； 3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名：日期：年月日
湖南工程学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：15kV A逆变电源设计 姓名陈欣宁系电气系专业_电气工程及其自动化班级学号 指导老师职称讲师教研室主任 一、基本任务及要求： 主要设计内容如下： 1、理解逆变电源的工作原理，确定系统主电路： 包括主电路结构的选择，逆变功率器件的选择，参数计算 2、确定系统驱动电路 3、设计系统的控制电路（包括保护电路、触发电路等） 4、提交毕业设计论文和图纸 参数如下: 直流侧输入电压:750V 输出交流电压:380/220V 输出频率:50HZ 容量:15kVA 进度安排及完成时间 1、2月26日至3月15日：查阅资料；写开题报告;确定总体方案。 2、3月16日至3月29日：毕业实习、撰写实习报告。 3、3月30日至4月15日：确定系统主电路 4、4月16日至4月26日：确定系统驱动电路 5、4月27日至6月2日：设计系统的控制电路 6、6月3日至6月12日撰写毕业设计论文。 7、6月13日至6月14日：指导老师评阅、电子文档上传FTP。 8、6月15日至6月18日：毕业设计答辩。
电力电子技术课程设计中频加热电源主电路设计
电力电子技术课程设计 题目中频加热电源主电路设计 学院 专业班级 学号 学生姓名 指导老师
目录 1 设计内容和设计要求 (3) 1.1 设计内容 1.2 设计要求 2 中频加热电源 (4) 2.1 中频加热电源基本原理 2.2 中频加热电源基本结构 3 整流电路的设计 (6) 3.1 整流电路的选择 3.2 三相桥式全控整流电路 3.3 整流电路参数计算 4 逆变电路的设计 (10) 4.1 逆变电路的选择 4.2逆变电路参数计算 5 保护电路的设计 (14) 5.1过电压保护 5.2 过电流保护 6 设计结果分析 (18) 6.1 仿真结果 6.2 主电路原理图 6.3 结果分析 7 设计心得体会 (23) 8 参考文献 (24)
1 设计内容和设计要求 1.1 设计内容 1) 额定中频电源输出功率PH=100kw，极限中频电源输出功率 P HM=1.1 P H=110kW； 2) 电源额定频率f =1kHz； 3) 逆变电路效率h=95% 4) 逆变电路功率因数：cosj =0.866，j =30o； 5) 整流电路最小控制角amin =15o； 6) 无整流变压器，电网线电压UL=380V； 7) 电网波动系数A=0.95～1.10。 1.2 设计要求 1) 画出中频感应加热电源主电路原理图； 2) 完成整流侧电参数计算； 3) 完成逆变侧电参数计算； 4) 利用仿真软件分析电路的工作过程； 5）编写设计说明书，设计小结。
2 中频加热电源 2.1 中频加热电源基本原理 感应加热利用导体处于交变的电磁场中产生感应电流，即涡流，所形成的热效应使导体本身发热。根据不同的加热工艺的要求，感应加热采用的电源的频率有工频（50HZ），中频（60-10000HZ），高频（高于10000HZ）。感应加热本身的物体必须是导体，感应加热能在被加热物体内部直接生热，因而热效率高，升温速度快，容易实现整体均匀加热或局部加热。 感应加热利用交流电建立交变磁场涡流对金属工件进行感应加热，基本工作原理如图1，A为感应线圈，B为被加热工件，若线圈A 中通以交流电流i1，则线圈A内产生随时间变化的磁场，置于交变磁场中的被加热工件B要产生感应电动势e2，形成涡流i2，这些涡流使金属工件发热，因此，感应加热是靠感应线圈把电能传递给要加热的金属工件，然后在金属工件内部转换成热能，感应线圈与被加热工件不直接接触，能量是通过电磁感应传递的。
逆变电路课程设计
本科电力电子技术课程设计说明书 题目：基于SG3524芯片的逆变电源设计 与MATLAB仿真 (控制电路） 学院：机电工程学院 专业：农业电气化与自动化 姓名：王德昭 学号：1 指导教师：洪宝棣 职称：副教授
设计完成日期：二Ο一五年一月 电力电子简介 (4) 课设的目的 (4) 课程设计要求 (4) 课程设计的主要内容与技术参数 (5) 二、单相电压型逆变电路 (7) 全桥逆变电路 (7) 三、器件的选择 (8) 内部结构图 SG3524引脚功能 SG3524引脚图 四、控制电路 (10) 五、心得体会 10
一、前言 电力电子简介 电力电子技术又称为功率电子技术，他是用于电能变换和功率恐控制的电子技术。电力电子技术示弱电控制强电的方法和手段，是当代高兴技术发展的重要内容，也是支持电力系统技术革命和技术革命的发展的重要基础，并节能降耗、增产节约提高生产效能的重要技术手段。微电子技术、计算机技术以及大功率电力电子技术的快速发展，极大地推动了电工技术、电气工程和电力系统的技术发展和进步。电力电子器件是电力电子技术发展的基础。正是大功率晶闸管的发明，使得半导体变流技术从电子学中分离出来，发展成为电力电子技术这一专门的学科。而二十时间九十年代各种全控型大功率半导体器件的发明，进一步拓展了电力电子技术应用和覆盖的领域和范围。电力电子技术的应用领域已经深入到国民经济的各个部门，包括钢铁、冶金、化工、电力、石油、汽车、运输以及人们的日常生活。功率范围大到几千兆瓦的高压直流输电，小到一瓦的手机充电器，电力电子技术随处可见。电力电子技术在电力系统中的应用中也有了长足的发展，电力电子装置与传统的机械式开关操作设备相比有动态响应快，控制方便，灵活的特点，能够显著地改善电力系统的特性，在提高系统稳定、降低运行风险、节约运行成本方面有很大潜力。 课设的目的 1）通过对单相桥式PWM逆变电路的设计，掌握单相桥式PWM逆变电路的工作原理，综合运用所学知识，进行单项桥式全控整流电路和系统设计的能力。 2）了解与熟悉单相桥式PWM逆变电路的控制方法。 3）理解和掌握单相桥式PWM逆变电路及系统的主电路、控制电路、保护电路的设计方法，掌握元器件的选择计算方法。 课程设计要求 1、输入直流电源：24V±10%； 2、输出交流电压：220V±10%； 3、控制电路芯片为SG3524；
(完整版)三电平逆变器的主电路结构及其工作原理
三电平逆变器的主电路结构及其工作原理 所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压(+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2; 若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。
“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流 从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开 关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。
电力电子课程设计中频电源主电路设计汇总
辽宁石油化工大学课程设计 信控学院电气工程及其机动化专业电气1103班 题目中频电源主电路设计 学生 指导老师
二零一一年六月课程设计任务书
目录 1.1 课程设计的题目 (1) 1.2 设计思想及内容 (2) 1.3 主电路原理图 (6) 1.4 元器件清单 (7) 1.5 设计总结 (8) 参考文献 (8)
电力电子技术课程设计 1.1课程设计的题目 1.原始数据及资料： （1）额定中频电源输出功率P H=100kW，极限中频电源输出功率P HM=1.1P H=110kW； （2）电源额定频率f =1kHz； （3）逆变电路效率h=95%； （4）逆变电路功率因数：cos j =0.81，j =36o； （5）整流电路最小控制角a min=15o； （6）无整流变压器，电网线电压U L=380V； （7）电网波动系数A=0.95~1.10。 2.设计要求 （1）画出中频感应加热电源主电路原理图； （2）完成整流侧电参数计算； （3）完成逆变侧电参数计算。
1.2 设计思想及内容 1.设计思想 中频电源装置的基本工作原理，就是通过一个整流电路把工频交流电变为直流电，经过直流电抗器最后经逆变器变为单相中频交流电供给负载，所以中频电源装置实际上是交流电-直流电-交流电-负载。 2．设计内容： 一．整流电路的设计 1.整流电路的选择： 本设计不用整流变压器而直接由380V三相交流接入再整流为直流电源。常用的三相可控整流的电路有○1三相半波○2三相半控桥○3三相全控桥○4双反星形等。 三相全控桥整流电压脉动小，脉动频率高，基波频率为300Hz，所以串入的平波电抗器电感量小，动态响应快，系统调整及时，并且三相全控桥电路可以实现有源逆变，把能量回送电网或者采用触发脉冲快速后移至逆变区，使电路瞬间进入有源逆变状态进行过电流保护。 三相全控桥式可控整流电路与三相半波电路相比，若要求输出电压相同，则三相桥式整流电路对晶闸管最大正反向电电压的要求降低一半；若输入电压相同，则输出电压比三相半波可控整流是高一倍。而且三相全控桥式可控整流电路在一个周期中变压器绕组不但提高了导电时间，而且也无直流流过，克服了三相半波可控整流电路存在直流磁化和变压器利用率低的缺点。 从以上比较中可看到：三相桥是可控整流电路从技术性能和经济性能两方面综合指标考虑比其他可控整流电路有优势，故本次设计确定选择三相桥式可控的整流电路。因为电源额定频率f为1KHZ,所以三相桥式可控整流电路中的晶闸管选择快速晶闸管。
10kw逆变电源主电路设计汇总
前言 逆变是利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程。例如：应用晶闸管的电力机车，当下坡时使直流电动机作为发电机制动运行，机车的位能转变成电能，反送到交流电网中去。又如运转着的直流电动机，要使它迅速制动，也可让电动机作发电机运行，把电动机的动能转变为电能，反送到电网中去。把直流电逆变成交流电的电路称为逆变电路。在特定场合下，同一套晶闸管变流电路既可作整流，又能作逆变。 变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，叫有源逆变。如果变流器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载,即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则叫无源逆变。交流变频调速就是利用这一原理工作的。有源逆变除用于直流可逆调速系统外，还用于交流饶线转子异步电动机的串级调速和高压直流输电等方面。 逆变电源因体积小、重量轻、节材、节能、转换效果高等特点，现已得到了广泛应用。目前逆变电路的拓扑结构主要有单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式、全桥式等多种类型。根据需求可采用不同拓扑形式的逆变电路满足其需求。目前IGBT （绝缘栅双极型晶体管）是逆变电源中常用的功率器件，已逐步取代原晶闸管、晶体管、场效应管（MOSFET）。由于桥式逆变电源在选择功率开关器件耐压要求可以稍低，并有较高的功率输出，现通常采用全桥式逆变电路来实现较大功率输出。课程设计所要求做的是2kw的逆变电源主电路设计（要求：电网电压380v，允许变化10%,要求输出220v，50KHz交流电压向负载供电）。
目录 1. 逆变电源发展及主电路的选择……………………………………………………… 1.1 逆变电源的发展·················································· 1.2 主电路的结构选择············································ 2. 主电路部分设计…………………………………………………………………… 2.1 整流电路设计部分……………………………………………………………… 2.1.1 整流二极管的选择………………………………………………………… 2.1.2 整流二极管的保护设计…………………………………………………… 的选取……………………………………………………………… 2.2 滤波电容C d 2.3 斩波电路设计······················································ 2. 3.1 斩波参数的选择············································2.4 逆变电路部分设计………………………………………………………………… 2.4.1 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的选择………………………………… 2.4.2I G B T的保护设计………………………………………………… 3. 高频变压器设计部分………………………………………………………………… 3.1 高频变压器主要参数……………………………………………………… 3.2 变压器磁芯的选择……………………………………………………………… 3.3 高频变压器一次侧、二次侧绕组匝数计算································ 3.4 计算绕组导线线径及估算铜窗占有率························ 4.心得体会………………………………………………………………………… 5.参考文献…………………………………………………………………………………
中频电源主电路设计
引言 晶闸管交流功率控制器是国际电工委员会（IEC）命名的“半导体交流功率控制器” （Semiconductor AC Power Controller）的一种，它以晶闸管（可控硅SCR或双向可控硅TRIAC）为开关元件，是一种可以快速、精确地控制合闸时间的无触点开关，是自动控制温度系统高精度及高动态指标必不可少的功率终端控制设备。晶闸管交流调功器是在一个固定周期或变动周期里，以控制导通的交流电周波数来控制输出功率的大小。晶闸管在正弦波过零时导通，在过零时关断，输出为完整的正弦波。晶闸管交流调功器主要用于各种电阻炉、电加热器、扩散炉、恒温槽、烘箱、熔炉等电热设备的温度自动、手动控制。
目录 1．课程设计目的 (1) 2．课程设计题目描述和要求 (1) 2.1.课程设计题目描述 (1) 2.2.课程设计题目要求及技术指标 (2) 3. 课程设计报告内容 (3) 3.1 设计方案的选定与说明 (3) 3.2论述方案的各部分工作原理及计算 (4) 3.3设计方案图表及其电路图 (6) 4．总结 (9) 5．参考书目 (10)
任务书 一设计题目 中频电源主电路设计 二设计目的 通过电力电子变流技术的课程设计达到以下几个目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 三设计数据 （1）额定中频电源输出功率PH=100kW，极限中频电源输出功率PHM=1.1PH=110kW； （2）电源额定频率f =1kHz； （3）逆变电路效率η=95% （4）逆变电路功率因数：cos? =0.81，?=36o； （5）整流电路最小控制角αmin =15o； （6）无整流变压器，电网线电压UL=380V； （7）电网波动系数A=0.95~1.10。 四设计内容 直流电动机选择
逆变电源的设计开题报告
逆变电源的设计开题报告 毕业设计材料之二本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于单片机的逆变电源设计课题类型：设计□ 学生姓名：学号：专业班级：学院：指导教师：开题时间：一、毕业设计内容及研究意义毕业设计论文内容设计一种基于AT89C51控制SA4828的逆变电源，它采用IGBT作为功率器件，IR2110作为IGBT的驱动芯片，并采用恒U/F的控制策略。毕业设计论文的研究意义1.可灵活地调节输出电压或电流的幅度和频率通过控制回路，我们可以控制逆变电路的工作频率和输出时间的比例，从而使输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。 2.可将蓄电池中的直流电
转换成交流电或其他形式的直流电，这样就不会因为交流电网停电或剧烈变化而影响工作。 3.可明显地减小用电设备的体积和重量，节省材料在很多用电设备中，变压器和电抗器在很大程度上决定了其体积和重量，如果我们将变压器绕组中所加电压的频率大幅度提高，则变压器绕组匝数与有效面积之积就会明显减小，变压器的体积和重量明显地减小了。4．采用逆变技术的电源还具有高效节能的优越性，表现在如下几个方面：1)在许多应用交流电动机的场合，在其负载变化时，传统的方法是调节电动机的通电时间所占比例，这样电动机就会频繁地制动、起动。而电动机的起动、制动消耗的能量往往很大，如使用变频电源来调节电动机做功的量，则可节约很大一部分能量。 2)采用逆变技术的电源，其变压器的体积和重量大大减小了，也即减小了铁心横面积和线圈匝数。变压器本身的损耗主要包括原、副边铜耗和铁芯损耗，铁
芯横面积和线圈匝数的大幅度减小也就大大降低了铜耗和铁耗。因此，采用逆变技术大大提高变压器的工作频率，使得变压器的损耗变得比工频工作时小得多，从而达到节能的目的。3)传统的、采用工频变压器的整流式电源设备的功率因数一般在之间，这是因为其电流谐波成分和相移角都比较大。在逆变电源中，如果用功率因数校正技术，能使输入电流的谐波成分变得很小，从而使功率因数约为1，节能的效果非常明显。 5.动态响应快、控制性能好、电气性能指标好于逆变电路的工作频率高，调节周期短，使得电源设备的动态响应或者说动态特性好，表现为：对电网波动的适应能力强、负载效应好、启动冲击电流小、超调量小、恢复时间快、，输出稳定、纹波小。 6.电源故障保护快于逆变器工作频率高、控制速度快，对保护信号反应快，从而增加了系统的可靠性。另外，现代越来越复杂的电子设备对电源提出了各种各样的负载要
三电平逆变器的主电路结构及其工作原理
三电平逆变器的主电路结构 及其工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
三电平逆变器的主电路结构及其工作原理 所谓三电平是指逆变器交流侧每相输出电压相对于直流侧有三种取值，正端电压 (+Vdc/2)、负端电压(-Vdc/2)、中点零电压(0)。二极管箱位型三电平逆变器主电路结构如图所示。逆变器每一相需要4个IGBT开关管、4个续流二极管、2个箱位二极管;整个三相逆变器直流侧由两个电容C1、C2串联起来来支撑并均衡直流侧电压，C1=C2。通过一定的开关逻辑控制，交流侧产生三种电平的相电压，在输出端合成正弦波。 三电平逆变器的工作原理 以输出电压A相为例，分析三电平逆变器主电路工作原理，并假设器件为理想器件，不计其导通管压降。定义负载电流由逆变器流向电机或其它负载时的方向为正方向。 (l) 当Sa1，、Sa2导通，Sa3、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流从正极点流过主开关Sa1、Sa2，该相输出端电位等同于正极点电位，输出电压 U=+V dc/2;若负载电流为负方向，则电流流过与主开关管Sa1、Sa2反并联的续流二极管对电容C1充电，电流注入正极点，该相输出端电位仍然等同于正极点电位，输出电压U=+V dc/2。通常标识为所谓的“1”状态，如图所示。
“1”状态“0”状态 “-1”状态 (2) 当Sa2、Sa3导通，Sa1、Sa4关断时，若负载电流为正方向，则电源对电容C1充电，电流 从O点顺序流过箱位二极管D a1，主开关管Sa2:，该相输出端电位等同与0点电位，输出电压U=O;若负载电流为负方向，则电流顺序流过主开关管Sa3和箱位二极管D a2，电流注入O点，该相输出端电位等同于O点电位，输出电压U=0，电源对电容C2充电。即通常标识的“0”状态，如图所示。 (3) 当Sa3、Sa4导通，Sa1、Sa2关断时，若负载电流为正方向，则电流从负极点流过与主开 关Sa3、Sa4反并联的续流二极管对电容C2进行充电，该相输出端电位等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2;若负载电流为负方向，则电源对电容C2充电，电流流过主开关管Sa3、Sa4注入负极点，该相输出端电位仍然等同于负极点电位，输出电压U=-V dc/2。通常标识为“-1”状态，如图所示。
正弦波逆变器设计
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，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C f 是滤除高次谐波，保证输出电压的THD 满足要求。C f 越大，则THD 小，但是C f 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，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2L X L fL ωπ==,L X 随频率的升高而增大。电容的电抗为 112C X C fC ωπ==，C X 随频率的升高而减小。1L C ωω=所对应
逆变器用变压器设计
计算方法 A 已知条件： 输出功率：2P =25W ； 次级电流：2I =0.115A ；（220V ？） 初级电流：1I =1.0A ； 电源频率：f =50Hz ； 效率：η>0.9; 功率因数：cos ?>0.9； 温升：m τ?<55℃。 B 电压计算输入功率：212527.80.9P P η= ==W 初级电压：11127.827.81P U I = ==V 次级电压：22225217.390.115 P U I ===V 次级负载电阻：()222222518900.115P R I = ==?C 选择铁芯 按2P 选择铁芯。当使用R 型铁芯R-30，材料使用DQ151-35时。铁芯 相关性能为： 当0B =1.70T 时，S P ≤2.2W/kg ，磁化伏安≤8V A/kg ，~H ≤3.5A/cm 2 223.1410 3.142C d S cm π??==×=????；()()2 5.45 2.021.95 2.022.8C L =×+++=cm ；
C G =0.425（kg ）;c F =64cm 2 D 匝数计算 44 1010108.43864.44 4.4450 1.7 3.14 c TV fB S ===×××匝/V 当%U ?=15%（8%？），()()128.43869.92781%10.15TV TV U ===???匝/V （()()128.43869.1721%10.08TV TV U ===???）11127.88.4386235N U TV =×=×=匝 2222179.92782155N U TV =×=×=匝（2222179.1721990N U TV ==×= ）E 导线直径确定（数据提供23.5~4.0/j A A mm = ）1 1.130.604d === mm 2 1.130.205d ===mm 若取QZ-2（二级聚酯漆包线）标准导线，则10.630d mm =,1max 0.704d mm =，铜导体电阻54.84/km ?；20.224d mm =,2max 0.266d mm =，铜导体电阻433.8/km ?。
逆变电源毕业设计(论文)
基于TL494逆变电源设计 摘要 本设计主要应用开关电源电路技术有关知识，涉及模拟集成电路、电源集成电路、直流稳压电路、开关稳压电路等原理，充分运用芯片TL494的固定频率脉冲宽度调制电路及场效应管（N沟道增强型MOSFET）的开关速度快、无二次击穿、热稳定性好的优点而组合设计的电路。该逆变电源的主要组成部分为：DC/DC电路、输入过压保护电路、输出过压保护电路、过热保护电路、DC/AC变换电路、振荡电路、全桥电路。在工作时的持续输出功率为150W，具有工作正常指示灯、输出过压保护、输入过压保护以及过热保护等功能。该电源的制造成本较为低廉，实用性强，可作为多种便携式电器通用的电源。 关键词：过热保护，过压保护，集成电路，振荡频率，脉宽调制
Inverter Power supply Design Based on TL494 ABSTRACT The design applying the switching power source circuit technology in connected. Relating with knowledge about what imitate integrated circuit、power source integrated circuit、power amplification integrated circuit and switching regulated voltage circuit on principle. Sufficient apply chip TL494 fixed-frequency pulse width modulation circuit and field effect transistor (N channel strengthen MOSFET) whose switch speed quick, nothing secondary Break down and hot stability good merit to design circuit. Owe the inverter main part ingredient by DC/DC circuit、importing the over-voltage crowbar circuit、exporting an over-voltage crowbar protect a circuit、overheat protective circuit、DC/AC shifts circuit、oscillating circuit and entire bridge circuit. Continuing for during the period of the job exports power functions such as being 150 W, having the regular guiding lights working, exporting an over-voltage crowbar, importing the over-voltage crowbar and overheat protective. The cost of manufacture being a power source of turn is comparatively cheap, the pragmatism is strong, and it has a function annex to the various portably type. KEY WORDS: over heat protective, over-voltage integrated circuit (IC), oscillating frequency, pulse width modulation (PWM).