正弦波逆变电源设计.doc

正弦波逆变器设计
作者:
系(院): 物理与电气工程学院
专业: 电气工程及其自动化
年级:
学号: 111154021
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正弦波逆变器设计
(安阳师范学院物理与电气工程学院, 河南安阳 455000)
摘要:本论文基于IR2110控制芯片设计了一个全桥正弦波逆变器。文章首先简要介绍了逆变器的基本工作原理、电压控制芯片SPWM脉宽调制方式及芯片IR2110的内部结构、管脚功能和其特性,IRF540N通道增强型场效应功率开关管的特性。提出了基于IR2110芯片构成的单相电压全桥控制正弦逆变器,并对电压控制全桥正弦电压逆变器电路的主电路、控制电路、死区时间电路和输出低通道滤波电路四个部分进行了详细设计。
关键词:逆变器;IR2110;开关管;正弦脉宽调制
1 引言
逆变器的用途和意义
逆变器出现于电力电子飞速发展的20世纪60年代,随着社会的飞速发展,逆变器越来越得到广泛的应用。逆变器在发电厂发电系统、工厂企业中具有举足轻重的作用,其性能的改进对于提高系统的效率、可靠性,降低成本至关重要。电力逆变电源有着广泛的用途,它可用于各类交通工具,如汽车、各类舰船以及飞行器,在太阳能及风能发电领域,逆变器有着不可替代的作用。在电力系统中为保证变电所的诸如后台机、分站RTU、通讯设备等能在交流电源停电后不间断工作,工程做法一般采用UPS电源作为主要解决方案,但UPS电源存在容量小、价格贵、故障率高、维护量大等不足,因此综合自动化变电所中可采用电力正弦波逆变电源来代替常规不间断UPS电源。交流电动机的调速用变频器、UPS不间断电源,感应加热电源等电力电子装置,其电路的核心部分都是逆变电路。此外,逆变器还可将直流电能转换为交流电供用户直接使用或输送到电网,对节约自然资源和环境保护有举足轻重的意义。
逆变器发展历程、现状和趋势
逆变技术的原理早在1931 年就有人研究过,从1948 年美国西屋电气公司研制出第一台3KHZ 感应加热逆变器至今已有近60 年历史了,而晶闸管SCR 的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件,到了20 世纪70 年代,可关断晶闸管(GTO)、电力开关管(BJT)的问世使得逆变技术得到发展应用。到了20 世纪80 年代,功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅极开关管(IGBT)、MOS 控制晶闸管(MCT)以及静电感应功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础,因此电力电子器件的发展为逆变技术高频化,大容量化创造了条件。进入80 年代后,逆变技术从应用低速器件、低开关频率逐渐向采用高速器件,提高开关频率方向发展。逆变器的体积进一步减小,逆变效率进一步提高,正弦波逆变器的品质指标也得到很大提高。
目前,逆变器技术多数采用了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电路,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****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。
2 设计要求
设计要求
(1)制作正弦波逆变器,输入端用12V蓄电池产生的直流电供给电路,输出端输出12V的交流电压。
(2)设计电路最后输出电压波形为正弦波。
(3)设计电路最后输出交流电压频率为50HZ。
设计思路
题目要求设计一个单相电压正弦波逆变电源,输出电压波形为50HZ,电路输出电压波形为正弦波。设计中主电路采用DC-