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1、正弦波逆變器逆變主電路介紹主電路及其仿真波形圖1主電路的仿真原理圖圖1.1是輸出電壓的波形和輸出電感電流的波形。上部分為輸出電壓波形，下面為電感電流波形。圖1.1輸出電壓和輸出電感電流的波形圖1.2為通過三角載波與正弦基波比較輸出的驅(qū)動信號，從上到下分別為S1、S3、S2、S4的驅(qū)動信號，從圖中可以看出和理論分析的HPWM調(diào)制方式的開關(guān)管的工作波形向一致。圖1.2開關(guān)管波形從圖1.3的放大的圖形可以看出，四個開關(guān)管工作在正半周期，S1和S3工作在互補的調(diào)制狀態(tài)，S4工作在常導(dǎo)通狀態(tài)，S2截止；在負半周
2、期，S2和S4工作在互補的調(diào)制狀態(tài)，S3工作在常導(dǎo)通狀態(tài)，S1截止。圖1.3放大的開關(guān)管波形圖1.4為主電路工作模態(tài)的仿真波形，圖中從上到下分別為C3的電壓波形、C1的電壓波形、S3開關(guān)管的驅(qū)動波形，S1的驅(qū)動波形。從圖中可以看出在S1關(guān)斷的瞬間，輔助電容的電壓開始上升，完成充電過程，同時S3上的輔助電容完成放電過程，S3開通。圖1.4工作模態(tài)仿真波形圖1.5為開關(guān)管的驅(qū)動電壓波形和電感電流波形圖，圖中從上到下分別為電感電流波形、S3驅(qū)動波形、S1驅(qū)動波形。從圖中可以看出當S1關(guān)斷瞬間到S3開通的瞬間
3、，電感電流為一恒值，S3開通后，電感電流不斷下降到S3關(guān)斷時的最小值，然后到S1開通之前仍然為一恒值，直到S1開通，重復(fù)以上過程。根據(jù)以上結(jié)論可以看出仿真分析狀態(tài)和前面的理論分析完全符合。圖1.5開關(guān)管的驅(qū)動電壓波形和電感電流波形2濾波環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計與仿真分析2.1輸出濾波電感和電容的選取對逆變電源而言，由于逆變電路輸出電壓波形諧波含量較高，為獲得良好的正弦波形，必須設(shè)計良好的LC濾波器來消除開關(guān)頻率附近的高次諧波。濾波電容Cf是濾除高次諧波，保證輸出電壓的THD滿足要求。Cf越大，則THD小，但是Cf
4、不斷的增大，意味著無功電流也隨之增加，從而增加了逆變電源的電容容量，同時會導(dǎo)致逆變電源系統(tǒng)體積重量增加，同時電容太大，充放電時間也延長，對輸出波形也會產(chǎn)生一定的影響。逆變橋輸出調(diào)制波形中的高次諧波主要降在濾波電感的兩端，所以L的大小關(guān)系到輸出波形的質(zhì)量。要保證輸出的諧波含量較低，濾波電感的感值不能太小。增加濾波器電感量可以更好地抑制低次諧波，但是電感量的增加帶來體積重量的加大。不僅如此，濾波電感的大小還影響逆變器的動態(tài)特性。濾波電感越大，電感電流變化越慢，動態(tài)時間越長，波形畸變越嚴重。而減小濾波電感，
5、可以改善電路的動態(tài)性能，則使得輸出電流的開關(guān)紋波加大，必然增大磁滯損耗，波形也會變差。綜合以上的分析，在LC濾波器的參數(shù)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。本文設(shè)計的LC濾波器如圖3.12中所示，電感的電抗,隨頻率的升高而增大。電容的電抗為，隨頻率的升高而減小。所對應(yīng)的頻率為諧振頻率，即。設(shè)逆變器輸出電壓的基波頻率為，開關(guān)頻率為，則有。由于，故，電感對基波信號的阻抗小，電容對基波分流信號很小，即基波器允許基波信號通過。由于，故，電感對開關(guān)頻率分量阻抗很大，電容對開關(guān)頻率分量分流很大，即濾波器不允許開關(guān)頻率分量通過，更不
6、允許它的高次諧波分量通過。則該濾波器可以滿足濾波要求。由于采用了高頻開關(guān)技術(shù)，輸出正弦波的諧波分量主要集中在開關(guān)電源附近，因此諧振頻率可以選得較高。設(shè)，而諧振頻率，則可得L、C的計算公式：，（式1-1）本文的逆變電源功率為輸出電壓為235V，開關(guān)頻率為15KHZ，額定負載為56Ω。一般取額定負載的0.4~0.8倍，而fc一般取開關(guān)頻率的0.04~0.1倍，本設(shè)計取，,則由式（1-1）可計算出：（式1-2）（式1-3）2.2輸出濾波電感的設(shè)計本文為。濾波電容電流的有效值為：（式2-1）110%負載時，負
7、載的電流有效值為（式2-2）容性負載時電感電流最大，因此電感電流的有效值為：（式2-3）其中，?？紤]到濾波電感電流的脈動量，濾波電感的電流峰值為：（式2-4）電感選用型鐵氧體材料鐵心,其磁路截面積，窗口面積,，濾波電感的匝數(shù)為：（式2-5）取N=206匝，氣隙：。按濾波電感電流有效值。選取導(dǎo)線，取，導(dǎo)線的截面積為，導(dǎo)線選用的銅皮。窗口利用系數(shù)，可以成功繞制。2.3濾波環(huán)節(jié)仿真分析為了驗證濾波環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)計，根據(jù)主電路拓撲結(jié)構(gòu)，對電容和電感值進行了仿真分析。圖2.1（a）的參數(shù)為：，，可以明顯看出輸出電
8、壓的波形優(yōu)于其他兩個輸出波形；圖2.1（b）為的輸出電壓波形，從圖中可以看出，由于電感的值變小，輸出電壓的諧波含量變大；圖2.1（c）為，的輸出電壓波形，由于電容的過大，反而使輸出電壓的紋波加大。（a）標準輸出電壓波形(b)L=0.446mH,輸出電壓波形(b)C=10μF,輸出電壓波形圖2.1濾波環(huán)節(jié)參數(shù)仿真分析3:逆變數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設(shè)計數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor,DSP）是針對數(shù)字信號處理的需求而設(shè)計的一種可編程的
