学号：课程设计题目3KVA三相逆变电源设计学院自动化学院专业自动化班级姓名指导教师朱国荣2014年1月2日课程设计任务书学生姓名：专业班级：自动化1102 指导教师：朱国荣工作单位：自动化学院题目: 3KVA三相逆变电源设计初始条件：输入直流电压110V。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到：1、输出380V，频率50Hz三相交流电。

2、完成总电路设计。

3、完成电路中各元件的参数计算。

时间安排：课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。

第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。

第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。

第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (1)1 设计要求、意义及思路 (2)1.1 设计意义 (2)1.2 设计要求 (2)1.3 设计思路 (3)2 方案设计及原理 (3)2.1逆变电路 (3)2.2 SPWM采样方法选择 (4)2.3 LC滤波 (5)2.4 升压变压器 (6)3 主电路设计及参数设计 (7)3.1 IGBT三相桥式逆变电路 (7)3.2 脉宽控制电路的设计 (9)3.2.1 SG3524芯片 (9)3.2.2 调制波及载波的产生 (10)3.3 触发电路的设计 (11)3.3.1 IR2110芯片构成的触发 (11)3.3.2 M57962L芯片构成的触发电路 (12)3.4其他部分的参数设计 (13)结束语 (15)参考文献 (16)附录一： (17)附录二：主电路图 (18)摘要现代电力电子技术的迅猛发展，使逆变电源广泛应用于各个领域，同时对逆变电源输出电压波形质量提出了越来越高的要求。

逆变电源输出波形质量包括稳态精度高、动态性能好以及负载适应性强。

这种结构简单动静态性能优良和负载适应性强的逆变电源，一直是研究者在逆变电源方面追求的目标本次设计的是一个输入110V直流，输出电压3800V，容量为3KVA，频率为5Hz的三相逆变电源，该三相逆变电源主要由三相逆变器和控制部分组成。

针对该问题在本论文中采用SPWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，产生该设计包括主电路、触发电路、SPWM信号产生电路的设计。

逆变器中的IGBT（绝缘栅极双极性晶体管）触发电路由芯片电路进行控制，通过对主要触发电路以及控制电路的设计,使得该逆变电源得以实现。

三相逆变电源研究是先将直流电压进行逆令、然后再进行滤波、最后通过升压变压器输出得到380V，50Hz的三相交流电压。

还有一种方法是首先将直流电压进行升压、然后再进行逆变、最后进行滤波得到输出380V，50Hz的三相交流电，在本论文中采用了第一种方法。

在本论文中设计中均给出了多个方案的设计以及参数设计，最终选择出一组比较为合适方案及选三相电压型逆变电路、IR2110芯片构成的触发、LC滤波、三相变压器，但本论文设计没考虑安全问题。

关键词：IGBT；逆变器；斩波电路；SPWM；3KVA三相逆变电源设计1 设计要求、意义及思路1.1 设计意义逆变电源技术的核心部分是逆变器和其控制部分。

逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但其含有较大成分低次谐波等缺点，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO 等的发展和PWM 的控制技术的日趋完善，使SPWM 逆变器得以迅速发展并广泛使用众所周知。

在后备式供电中，蓄电池作为一种非常重要的储能介质，在各个行业都得到了广泛的应用。

由于单个电池的参数存在着差别，不能通过将蓄电池并联的方法来提高直流供电系统的容量，因此在电池的容量不能满足实际需求时，最直接的办法就是多个蓄电池串联共同提供能量。

所串的蓄电池越多，蓄电池组能够提供的能量就越多，但输出端电压就越高，此时，逆变器输入直流电压的上限就直接决定了蓄电池组的容量大小。

另外，高压变频器广泛的应用于轧钢、造纸、水泥制造、矿井提升、轮船推进器等传统工业的改造和高速列车、城市地铁轻轨、电动汽车中，其核心部分也是高压逆变器。

1.2 设计要求初始条件：输入直流电压110V。

要求完成的主要任务:设计容量为3KVA的三相逆变器，要求达到：（1）、输出380V，频率50Hz三相交流电。

（2）、完成总电路设计。

（3）、完成电路中各元件的参数计算。

1.3 设计思路首先，考虑输入直流电压为110V而输出380V、频率50Hz三相交流电，要采用斩波电路升压到大于380以上，可以用直流斩波升压电路、直流斩波升降压电路等。

其次要求由直流变为三相交流电，可采用电压型逆变电路、电流型逆变电路。

逆变电路得到的是三相矩形波，再用PWM或者SPWM开关采用规则采样法将矩形波变为三相波，最后用滤波器滤波得到最终的所要的三相电，设计流程图如图1-1所示。

图1-1设计流程图2 方案设计及原理2.1逆变电路逆变电路在电力电子电路中占很重要的地位，他可分为电压型逆变电路和电流型逆变电路，在实际生产生活中三相逆变应用较为广泛，其中电压型的直流侧通常是并一个电容器，而电流型通常是在直流侧串一个电感。

电压型逆变：直流侧为电压源，采用并联大电容器来缓冲无功功率，则构成电压型逆变器。

电压型逆变电路输出电压波形为矩形波，输出电流波形近似正弦波。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗；交流侧输出电压为矩形波；当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用等特点。

电压型逆变电路有以下主要特点：(1）直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。

直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。

(2）由于支路电压源的箝位作用，交流侧输出电压波形位矩形波，并且与负载阻抗角无关。

而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。

(3)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。

为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。

采用IGBT作为开关器件的三相电压型桥式逆变电路如图2-1所示：图2-1 三相电压型桥式逆变电路图中Vl—V6是逆变器的六个IGBT开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压供电。

电路中的直流侧通常只有一个电容器就可以了，但为了方便分析，画作串联的两个电容器并标出假想中点。

和单相半桥，全桥逆变电路相同，三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是导电方式，即每个桥臂的导电角度为，同一相上、下桥臂交替导通。

因为每次换流都是在上、下桥臂之间进行，因此也被称为纵向换流。

2.2 SPWM采样方法选择规则采样法如图2-2规则采样法一般采用三角波作为载波，其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现PWM法。

当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的。

图2-2规则采样法规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单，便于在线实时运算，尤其是利用软件生成PWM系统。

其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦，故选择规则采样法。

2.3 LC滤波滤波电容C的作用是和滤波电感L一起来滤除输出电压中的高次谐波，保证输出电压的总谐波失真要求，从减小输出电压总谐波失真的角度考虑，C越大越好。

但从另一个角度来看，在输出电压不变的情况下，滤波电容C增大意味着无功电流的增加，增加了逆变器的电流容量，同时也将导致体积重量增加，降低系统效率。

因此，滤波电容的选取原则是在保证输出电压的总谐波失满足要求的情况下，取值尽量小。

由于变压器出来的SPWM波含有较多基波外的杂波，故需加LC滤波器滤除杂波得到正弦信号波。

选择LC滤波器的截至频率c f远远低于SPWM 的频率对开关频率则对开关频率以及其附近频带的谐波具有明显的抑制作用。

但亦不可太低，否则容易产生低频振荡。

图2-3 Y 型LC 滤波电路考虑三相逆变的输出为Y 型输出是用图2-3来进行滤波，若三相逆变的输出为三角型则可以用图2-4来进行滤波。

图2-4 三角型滤波2.4 升压变压器方案一：升压变压器电路如图2-5所示。

由于输入的直流电位110V ，故其基波最大的峰峰值为110V ，相电压最大有效值为77.78Vrms,而设计要求输出为380V ，故需要加入升压变压器。

图2-5 变压器升压电路L1L2L3C1C2C3方案二：利用三相变压器来完成三相交流电输出的升压，电路图路图2-6所示。

图2-6 三相变压器3 主电路设计及参数设计3.1 IGBT 三相桥式逆变电路如图3-1，该电路采用双极性控制方式，U 、V 和W 三相的PWM 控制通常公用一个三角载波c u ，三相的调制信号rU u 、rV u 和rW u 依次相差120度。

当2RU UN d U U U <=-时，给V4导通信号，给V1关断信号2UN d U U =-，给V1、V4加导通信号时，可能是V1、V4导通，也可能是VD1、VD4导通。

d U 和'WN U 的PWM 波形只有/2d U ±两种电平。

当c RU U U >时，给V1导通信号，给V4关断信号，'/2UN d U U =-。

uv U 的波形可由'VN'UN U U -得出，当1和6通时，UV d U U =-，当3和4通时，UV d U U =-，当1和3或4和6通时，UV U =0。

输出线电压PWM 波由d U ±和0三种电平构成，负载相电压PWM 波由(±2/3) d U 、(±1/3) d U 和0共5种电平组成。

（1）IGBT 的选择最大输出情况下，电流有效值:max 13.64cos P I A U φ===⨯开关管额定电流C I :考虑2倍的裕量：max =2213.6427.28C I I A ⨯=⨯=考虑2.5倍的裕量：max =2.5 2.513.6434.1C I I A ⨯=⨯=开关管额定电压CES U :22220440=⨯=⨯=CES M V V V故取2--2.5倍的裕量,选40A 左右额定电流的IGBT 。

(2)二极管的选择二极管额定电压RR V :220RRM V V >最大允许的均方根正向电流:FR FR frms I I I 57.12==π二极管的额定电流:max 13.648.691.57 1.57FR I I A >== 图3-1 IGBT 三相桥式逆变电路调制电路3.2 脉宽控制电路的设计本次设计采用ICL8038产生正弦波给SG3524集成PWM控制器产生控制信号。