A单相逆变电源设计.docx
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1、.题目 :18KV A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 300V2、输出频率: 100Hz3、输出功率: 18KVA4、负载功率因数:cos0.8 : 1.0 ,滞后5、负载短时过载倍数: 1.56、输入电压:直流DC333V二 .设计方案介绍
2、系统原理框图如下图所示保护电路150V DC供电触发电路逆变主电路工频变压器滤波器300V AC;.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 13.2 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
3、 相关经计算结果如下 :;.LI LI CI L I RViCL R Vo图 2负载侧电路结构图1. 负载电阻最小值:cos=1.0时, R=Vo2/ Po = 3002/ (18? 103 ) 5W;cos=0.8时, R=Vo2/( Po cosj) = 3002 / (18创103 0.8) = 6.25 W2. 负载电感最小值:L = ZL /(2f )=8.3/( 2创p 100 )=0.0132 H3. 滤波电容:取滤波电容的容抗等于负载电感感抗的2 倍,则:C =1/(2f Zc )=1/(210032)=95.92 F取电容为100F ,将10 个 10 F的 AC电容进行并联
4、,Z c(实 ) =f C创创- 6) =15.9 W1/(2)=1/ (2p 100100 104.滤波电抗 L 的计算选取主开关器件工作频率 f K =N f O =32100=3200Hz 由于移相原因,输出线电压的开关频率变为: 2 f K =6400HZ 取滤波电路固有谐振频率f =1/(2LC )= f K /6=533.3Hz则: L = 1/(42 f 2C )= 1/(425332 100 10 6)=880 H实选用L=900uH由此 特征阻抗ZT = L C = 900 /100 = 33.2.2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
5、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。逆L&I LuL变&UiCL RUoI CuL电路&ui&uO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:&= 300=创创=W= uo18.9 ( A)- 6I LZ C15.9Z L2p f o L2 p100 900100.5652()u&L= I&L ?Z L 18.9 ? 0.565210.7&= 300- 1.5 = 298.5(V)(V ) 。 ui= uo- uL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 cosj= 1.0 和 cos=
6、 0.8的矢量图分别如图5 和图 6 所示。&uLuiI&C&I&CI&L&uL&I RuouiI&L I&C &uL&I LuL&I&LI Ruo图 5cosj = 1.0时的矢量图图 6 cos= 0.8 时的矢量图cosj =1.0:- 11 ZC)- 1R- 15oq = tan(ZC = tan15.9 =17.51 R = tanIL = I R2 +IC222= 62.9(A)=(300 5) +(30015.9);.&35.6(V )= ZL ?I L0.5652? 62.9,uL2200cos1.0&= 300 +35.6 - 2? cos(9017.5)创300 35.6
7、= 286.16(V) 。这说明ui时,即使满载,输出电路也是升压的。300300300300cos =0.8I&L- I&C = ZL-ZC=8.3-15.3=17.28(A):,- 117.28oq = tan= 19.79300 6.25,2222I&L=I&R +(I&L - I&C )= (300/ 6.25) +17.28 = 51.01(A),&0.5652? 51.01 28.83(V )= ZL ?I L,uL&=2200创ui300 +28.83 - 2? cos(9019.79) 300 28.83=309.65(V),负载最重时本设计中,负载最重为过载150%时,功率因
8、数最低为0.8,此时:I&L- I&C=1.5?300 300 1.5300 300- 135.35o=-=35.35Aq = tan= 26.15ZL ZC8.315.9( ),1.53006.25,2222+(I&L - I&C ) =(1.5? 300/ 6.25)I&L =I&R35.35 = 36.34(A),&u& = Z?I0.5652? 36.34 20.54VLu = 312.33 VLL( ) , i( ) ,可见输出电路此时降压比较严重。2. 逆变电路输出正弦电压计算单相桥式电路输出电压为:u = 0.708E 。考虑要保留“死区”间隔(图;.7 所示 )以及开关器件导通
9、时有压降,因而输出电压实际只能达到:u = 0.708 K (E - mV( set) )。其中: m = 2 ; K 为“死区”间隔引起的K =T - DT156.25 5.0压降系数 :T , 则: K =-= 0.968156.25本设计中取V CE ( set ) = 3 V ,则: u = 0.708 创0.968 (E - 3? 2) ,考虑整流滤波电路的压降后,实际取为:E = 350 (V ) 。则三相逆变电路输出线电压为:u = 0.708创0.68 (350- 3? 2) 235.7(V)实际取为:u = 240 (V ) 。TT图 7死区“间隔”示意图3.2.3 逆变电路
10、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u&i = 312.333(V ),逆变电路输出线电压u = 240 ,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N :1 ,原副方各参数的矢量图如图 9 所示:以副方输出电压 uo 为基准矢量,变压器原方电压 um = Nuo ,付方电流 I o 如图示(滞后),原方电流 I L1 = I o / N 。;.L1I L 1I ouABumCL RuoN :1图 8 电压匹配电路图骣21122L1琪IO2L2
11、L1I L1 =LI O= L 琪= N由 22, 可 得 :I, wL1 = wN L和桫 L1uL 1 = wL1 I L 1 = wN 2 LI L 1 = wN 2 L (I ON ) = NwLI O= NuL ,N =uAB =240= 0.7684由矢量图可得: uAB = Nui ,ui312.333,考虑变压器内N= 0.7533阻和激磁等原因,调整变比 N 和原方电流: 1.02。故,取实际的变比为 0.7533,I L1 ?(1.031.05)11N IO (1.031.05)=0.7533IO (1.031.05)I= 88.7创11.04 =122.46A长L 1(
12、)0.7533()11.04 = 189.42 ( A) 。 将电感折算到原边得:I L 1(短)= 137.2 创0.7533L1=2L=2- 6=510.7(mH )创N(0.7533)900103.2.4开关器件的选取1 电流参数:;.开关器件中电流有效值:I T (长 ) = 122.46 (A) , I T (短 ) = 189.42 ( A)开关器件中电流峰值:ITP(长) = 2?IL 1(长) 171.18(A)ITP(短) = 2?IL1(短)2? 189.42 267.8(A)在连续情况下安全裕量选为2,则: I T= 2I TP(长) = 2? 173.18 346.36
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