1 设计
1.1 总体设计
根据本课题需要，我们需要设计一个逆变电源装置。我们需要设计出输入输出滤波电路、逆变电路、驱动电路、检测电路、保护电路等模块并设计出其参数，其结构框图如Figure 1 所示。
Figure 1 总体结构框图
1.2 逆变电源装置的主电路设计
电网的交流电经过二极管不控整流电路将交流电转换成脉动的直流电，经过直流滤波电路，使脉动的直流电的电压波形变得更加平滑，变成有一定纹波的稳压电源，经过三相逆变电路后，输出为三相交流电，再通过隔离变换电路，滤除三相交流电的直流成分，再经过输出滤波器，此时输出的三相交流电就能很好带动负载并能很好的的满足课题的需求。
Figure 2 主电路原理框图
1.2.1 负载参数的计算
Figure 3 等效负载
Ⅰ 负载电阻最小值
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 Ⅱ 负载电感最小值
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
1.2.2 滤波电容参数的计算
滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时，先选择设计滤波电容。首先取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍 即 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。
我们取 错误！未找到引用源。 。7个 错误！未找到引用源。 250V 50HZ 交流电路用于60HZ 时耐压降为60%。 即：250×0.6=150V > 110V
错误！未找到引用源。
1.2.3 滤波电感参数的计算
滤波电感的作用是减小输出电压的谐波电压，保证基波电压的传输，即电感不可太大也不可以太小。选取的电感参数应满足以下几个条件：①滤波电路的固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率，② 错误！未找到引用源。 不应太大而接近于1，③错误！未找到引用源。 应该较小
我们取错误！未找到引用源。 ，则有 错误！未找到引用源。 实取L =1.6mH，则有 错误！未找到引用源。 此时滤波电路的固有频率为 错误！未找到引用源。
1.2.4 逆变电路的输出电压
Figure 4 逆变输出后的等效图
Ⅰ 空载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
Ⅱ 错误！未找到引用源。 ①额定负载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
②过载倍数为2时
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
Ⅱ 错误！未找到引用源。 ①额定负载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 ②过载倍数为2时
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
1.2.5 三相逆变电路输出正弦电压
Figure 5 三相逆变拓扑图
三相桥式逆变电路输出电压为 错误！未找到引用源。 实际上由于桥臂上下管互补导通要保留“死区时间”，并且管子导通时有压降（错误！未找到引用源。） ，输出电压达不到 错误！未找到引用源。 K ： 与死区时间引起的降压系数（k
由于 错误！未找到引用源。 设 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。 取 错误！未找到引用源。 E 按有可能出现的最低电压取值 380×0.9×1.35=461.7V 考虑整流电路降压后取450V 三相逆变电路输出电压为
错误！未找到引用源。
1.2.6 三相逆变电路和输出电压匹配
无隔离变压器时，逆变输出电流有效值 Ⅰ 长期连续最大电流（一般满载）
阻性 错误！未找到引用源。 阻感性 错误！未找到引用源。 Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R 与错误！未找到引用源。支路过载）
阻性 错误！未找到引用源。
阻感性 错误！未找到引用源。 无隔离变压器时，逆变输出电流峰值 Ⅰ 长期输出电流峰值
错误！未找到引用源。
Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R 与错误！未找到引用源。支路过载）
错误！未找到引用源。
电压匹配：错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。
由于实际中变压器有内阻。需要考虑激磁等问题。对N 略作调整 错误！未找到引用源。 我们取N=0.86 满载 错误！未找到引用源。 过载 错误！未找到引用源。
1.2.7 开关器件的选择
开关器件的电流峰值
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
开关器件的电流可选为电流峰值的1.5~2倍。
长期连续情况下取2倍 2×282.625=565.364A 选600A 经济 过载情况下取1.5倍 1.5×545.396=818.09A 选900A 安全
1.2.8 主开关器件耐压
主开关器件的耐压根据所有工况的最高电压考虑 设下管开通下管关断，则下管所受的最大电压为：
错误！未找到引用源。
主开关器件承受的最高电压一般出现在输入电压最高，输出负载最低即空载的情况下。选开关元件耐压是实际工作电压的2倍，即1182.282V 。实际选取1200V 耐压的开关元件。
2 仿真
2.1 SPWM逆变线路的数学模型
错误！未找到引用源。 ：相应桥臂的开关函数 对于全桥逆变电路，错误！未找到引用源。 使用规则采样法 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 :是载波，错误！未找到引用源。是调制波。 带入式子则有 错误！未找到引用源。
2.2 输出滤波模型
输出滤波电路图，如图下所示
Figure 6
根据输出滤波电路写出如下关系式
di L =Vi -Vo -ri 1dt dVo C =i 1-i 0
dt
变换形式后的式为
Lsi 1=Vi -Vo -ri 1 CsVo =i 1-i o
画出输出滤波仿真模型，如图所示
Figure 7
输出电压Vo 与输入电压Vi 的关系式为 Vo =
1Ls +r
Vi -i o
LCs 2+rcs +1LCs 2+rCs +1
2.3单相逆变器的控制策略
1. 电压单闭环控制系统
单闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 8
在给定输入Vi 与负载扰动输入io 共同作用下下，闭环输出Vo （s ）为
K d s 2+K P s +K i s (Ls +r )
Vo =Vi (s ) -Io (s ) 3232
LCs +(rC +K d ) s +(K P +1) s +K i LCs +(rC +K d ) s +(K P +1) s +K i 其闭环特征方程D (s ) 为
D (s ) =LCs 3+(rC +K d ) s 2+(K P +1) +K i 主导极点S 1、2为
2 S 1、2=-ξr ωr ±j ωr -ξr
非主导极点S 3为
S 3=-n ξr ωr (n =5-10) 期望的特征方程D r (s ) 为
D r (s ) =(s -s r 1)(s -s r 2)(s -s r 3) =(s 2+2ξr ωr +ωr 2)(s +n ξr ωr ) 根据极点配置法求解，得
K d =(n +2) ξr ωr LC -rC K P =(2n ξr 2+1) ωr 2LC -1 K i =n ξr ωr 3LC ξr 是阻尼比 ωr 是自然振荡频率 L 为滤波电感 C 为滤波电容 当ξr =0. 8、代入到（11-6）、（11-7）、（11-8）ωr =3500、n =10、r =0. 6Ω时，中求得
K P =108. 8825 K i =222950 K d =0. 02176
2.4电流内环、电压外环双闭环控制系统
将滤波电感电流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能
双闭环控制系统仿真模型有三种情况
Figure 9 （a ）
Figure 10 （b ）
Figure 11 （c ）
如图a 所示，模型1中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。
如图b 所示，模型2中负载扰动在内环之内，其对负载扰动的抗扰性能要强于模型1，但其电感电流不受限制，不能通过限流实现对逆变器的保护。
如图c 所示，模型3中引入了负载电流前馈补偿，电感电流受到了限制，系统也能根据负载扰动的变化及时的调整，抗扰性也比较好。
双闭环系统闭环特征方程D (s ) 为
D (s ) =s 4+
rC +K 2p
LC
s 3+
1+K 1P K 2P +CK 2i 2K 1P K 2i +K 2P K 1i K K
s +s +1i 2i
LC LC LC
四阶系统期望闭环主导极点S 1、2为
2=-ξω±j ω-ξ S 1、2r r r r
非主导极点S 3、S 4为
S 3=-m ξr ωr
S 4=-n ξr ωr 期望的四阶系统特征方程D r (s ) 为
D r (s ) =(s 2+2ξr ωr s +ωr 2)(s +m ξr ωr )(s +n ξr ωr ) 根据极点配置法求解，得
a 0=LCmn ξr 2ωr 4 a 1=LC (m +n +2mn ξr 2) ξr ωr 3 a 2=LC [1+(2m +2n +mn ) ξr 2]ωr 2 a 3=LC (2+m +n ) ξr ωr K 1P
a 2-CK 2i -1
K 2P a 0
K 2i
a 3
-r C
K 1i =
K 2P =
322
CK 2i +(1-a 2) K 2i +a 1K 2P K 2i -K 2P a 0=0
将ξr =0. 8 ωr =3500 m =n =10 r =0. 6Ω，代入式子求得
a 0=6. 24⨯109 a 1=3. 30⨯106 a 2=721. 4025 a 3=0. 04
K 2P =307. 0923 K 2i =53. 059 K 1P =2. 3459 K 1i =5267. 7326
2.5 电路仿真模型
电流内环、电压外环双闭环控制系统
双闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 12 双闭环控制系统仿真模型1（负载扰动在内环外）
Figure 13 双闭环控制系统仿真模型2（负载扰动在内环之内）
Figure 14 双闭环控制系统仿真模型3（引入负载电流前馈补偿）
2.6 电路仿真图
Figure 15 电路仿真框图
2.3 电路仿真
Figure 16电路仿真结果
1 设计
1.1 总体设计
根据本课题需要，我们需要设计一个逆变电源装置。我们需要设计出输入输出滤波电路、逆变电路、驱动电路、检测电路、保护电路等模块并设计出其参数，其结构框图如Figure 1 所示。
Figure 1 总体结构框图
1.2 逆变电源装置的主电路设计
电网的交流电经过二极管不控整流电路将交流电转换成脉动的直流电，经过直流滤波电路，使脉动的直流电的电压波形变得更加平滑，变成有一定纹波的稳压电源，经过三相逆变电路后，输出为三相交流电，再通过隔离变换电路，滤除三相交流电的直流成分，再经过输出滤波器，此时输出的三相交流电就能很好带动负载并能很好的的满足课题的需求。
Figure 2 主电路原理框图
1.2.1 负载参数的计算
Figure 3 等效负载
Ⅰ 负载电阻最小值
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 Ⅱ 负载电感最小值
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
1.2.2 滤波电容参数的计算
滤波电容与负载并联，对逆变电路输出电流影响较大，所以设计滤波电路时，先选择设计滤波电容。首先取滤波电容容抗等于负载电感感抗的2倍 即 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。
我们取 错误！未找到引用源。 。7个 错误！未找到引用源。 250V 50HZ 交流电路用于60HZ 时耐压降为60%。 即：250×0.6=150V > 110V
错误！未找到引用源。
1.2.3 滤波电感参数的计算
滤波电感的作用是减小输出电压的谐波电压，保证基波电压的传输，即电感不可太大也不可以太小。选取的电感参数应满足以下几个条件：①滤波电路的固有频率应远离输出电压中可能出现的谐波频率，② 错误！未找到引用源。 不应太大而接近于1，③错误！未找到引用源。 应该较小
我们取错误！未找到引用源。 ，则有 错误！未找到引用源。 实取L =1.6mH，则有 错误！未找到引用源。 此时滤波电路的固有频率为 错误！未找到引用源。
1.2.4 逆变电路的输出电压
Figure 4 逆变输出后的等效图
Ⅰ 空载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
Ⅱ 错误！未找到引用源。 ①额定负载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
②过载倍数为2时
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
Ⅱ 错误！未找到引用源。 ①额定负载
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 ②过载倍数为2时
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。
1.2.5 三相逆变电路输出正弦电压
Figure 5 三相逆变拓扑图
三相桥式逆变电路输出电压为 错误！未找到引用源。 实际上由于桥臂上下管互补导通要保留“死区时间”，并且管子导通时有压降（错误！未找到引用源。） ，输出电压达不到 错误！未找到引用源。 K ： 与死区时间引起的降压系数（k
由于 错误！未找到引用源。 设 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。 取 错误！未找到引用源。 E 按有可能出现的最低电压取值 380×0.9×1.35=461.7V 考虑整流电路降压后取450V 三相逆变电路输出电压为
错误！未找到引用源。
1.2.6 三相逆变电路和输出电压匹配
无隔离变压器时，逆变输出电流有效值 Ⅰ 长期连续最大电流（一般满载）
阻性 错误！未找到引用源。 阻感性 错误！未找到引用源。 Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R 与错误！未找到引用源。支路过载）
阻性 错误！未找到引用源。
阻感性 错误！未找到引用源。 无隔离变压器时，逆变输出电流峰值 Ⅰ 长期输出电流峰值
错误！未找到引用源。
Ⅱ 短期最大电流（短期过载）（R 与错误！未找到引用源。支路过载）
错误！未找到引用源。
电压匹配：错误！未找到引用源。 错误！未找到引用源。 则有 错误！未找到引用源。
由于实际中变压器有内阻。需要考虑激磁等问题。对N 略作调整 错误！未找到引用源。 我们取N=0.86 满载 错误！未找到引用源。 过载 错误！未找到引用源。
1.2.7 开关器件的选择
开关器件的电流峰值
错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。
开关器件的电流可选为电流峰值的1.5~2倍。
长期连续情况下取2倍 2×282.625=565.364A 选600A 经济 过载情况下取1.5倍 1.5×545.396=818.09A 选900A 安全
1.2.8 主开关器件耐压
主开关器件的耐压根据所有工况的最高电压考虑 设下管开通下管关断，则下管所受的最大电压为：
错误！未找到引用源。
主开关器件承受的最高电压一般出现在输入电压最高，输出负载最低即空载的情况下。选开关元件耐压是实际工作电压的2倍，即1182.282V 。实际选取1200V 耐压的开关元件。
2 仿真
2.1 SPWM逆变线路的数学模型
错误！未找到引用源。 ：相应桥臂的开关函数 对于全桥逆变电路，错误！未找到引用源。 使用规则采样法 错误！未找到引用源。
错误！未找到引用源。 :是载波，错误！未找到引用源。是调制波。 带入式子则有 错误！未找到引用源。
2.2 输出滤波模型
输出滤波电路图，如图下所示
Figure 6
根据输出滤波电路写出如下关系式
di L =Vi -Vo -ri 1dt dVo C =i 1-i 0
dt
变换形式后的式为
Lsi 1=Vi -Vo -ri 1 CsVo =i 1-i o
画出输出滤波仿真模型，如图所示
Figure 7
输出电压Vo 与输入电压Vi 的关系式为 Vo =
1Ls +r
Vi -i o
LCs 2+rcs +1LCs 2+rCs +1
2.3单相逆变器的控制策略
1. 电压单闭环控制系统
单闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 8
在给定输入Vi 与负载扰动输入io 共同作用下下，闭环输出Vo （s ）为
K d s 2+K P s +K i s (Ls +r )
Vo =Vi (s ) -Io (s ) 3232
LCs +(rC +K d ) s +(K P +1) s +K i LCs +(rC +K d ) s +(K P +1) s +K i 其闭环特征方程D (s ) 为
D (s ) =LCs 3+(rC +K d ) s 2+(K P +1) +K i 主导极点S 1、2为
2 S 1、2=-ξr ωr ±j ωr -ξr
非主导极点S 3为
S 3=-n ξr ωr (n =5-10) 期望的特征方程D r (s ) 为
D r (s ) =(s -s r 1)(s -s r 2)(s -s r 3) =(s 2+2ξr ωr +ωr 2)(s +n ξr ωr ) 根据极点配置法求解，得
K d =(n +2) ξr ωr LC -rC K P =(2n ξr 2+1) ωr 2LC -1 K i =n ξr ωr 3LC ξr 是阻尼比 ωr 是自然振荡频率 L 为滤波电感 C 为滤波电容 当ξr =0. 8、代入到（11-6）、（11-7）、（11-8）ωr =3500、n =10、r =0. 6Ω时，中求得
K P =108. 8825 K i =222950 K d =0. 02176
2.4电流内环、电压外环双闭环控制系统
将滤波电感电流或滤波电容电流瞬时值作为反馈量引入控制系统，设置电流内化改善系统动态性能
双闭环控制系统仿真模型有三种情况
Figure 9 （a ）
Figure 10 （b ）
Figure 11 （c ）
如图a 所示，模型1中负载扰动在内环之外，其优点是能方便的实现逆变器的过流保护，但对负载扰动的抗干扰性弱。
如图b 所示，模型2中负载扰动在内环之内，其对负载扰动的抗扰性能要强于模型1，但其电感电流不受限制，不能通过限流实现对逆变器的保护。
如图c 所示，模型3中引入了负载电流前馈补偿，电感电流受到了限制，系统也能根据负载扰动的变化及时的调整，抗扰性也比较好。
双闭环系统闭环特征方程D (s ) 为
D (s ) =s 4+
rC +K 2p
LC
s 3+
1+K 1P K 2P +CK 2i 2K 1P K 2i +K 2P K 1i K K
s +s +1i 2i
LC LC LC
四阶系统期望闭环主导极点S 1、2为
2=-ξω±j ω-ξ S 1、2r r r r
非主导极点S 3、S 4为
S 3=-m ξr ωr
S 4=-n ξr ωr 期望的四阶系统特征方程D r (s ) 为
D r (s ) =(s 2+2ξr ωr s +ωr 2)(s +m ξr ωr )(s +n ξr ωr ) 根据极点配置法求解，得
a 0=LCmn ξr 2ωr 4 a 1=LC (m +n +2mn ξr 2) ξr ωr 3 a 2=LC [1+(2m +2n +mn ) ξr 2]ωr 2 a 3=LC (2+m +n ) ξr ωr K 1P
a 2-CK 2i -1
K 2P a 0
K 2i
a 3
-r C
K 1i =
K 2P =
322
CK 2i +(1-a 2) K 2i +a 1K 2P K 2i -K 2P a 0=0
将ξr =0. 8 ωr =3500 m =n =10 r =0. 6Ω，代入式子求得
a 0=6. 24⨯109 a 1=3. 30⨯106 a 2=721. 4025 a 3=0. 04
K 2P =307. 0923 K 2i =53. 059 K 1P =2. 3459 K 1i =5267. 7326
2.5 电路仿真模型
电流内环、电压外环双闭环控制系统
双闭环控制系统仿真模型，如图所示
Figure 12 双闭环控制系统仿真模型1（负载扰动在内环外）
Figure 13 双闭环控制系统仿真模型2（负载扰动在内环之内）
Figure 14 双闭环控制系统仿真模型3（引入负载电流前馈补偿）
2.6 电路仿真图
Figure 15 电路仿真框图
2.3 电路仿真
Figure 16电路仿真结果