单相正弦波逆变电源设计原理

关于制作单相正弦波变频稳压电源的方案
设计并制作一个单相正弦波变频稳压电源。

电源框图如图所示。

1．基本要求
（1）输出电压波形应尽量接近正弦波，用示波器观察无明显失真；
（2）输出频率范围为20～100Hz，电压有效值为10～18V的正弦交流电；
（3）当输入电压为198～242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于5％：
（4）具有过流保护，输出电流有效值达2A时动作（5）DC—AC逆变器效率．n≥70％。

2．发挥部分
（1）当输入电压为198—242V，负载电流有效值为0.5～1A时，输出电压有效值应保持在15V，误差小于1％；
（2）设计制作具有测量、显示该变频稳压电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差小于5％。

3．说明
（1）不能使用产生SPWM（正弦波脉宽调制）波形的专用芯片；（2）输出功率可通过电流、电压的测量值计算。

经过论证，在多种方案可供选择的情况下，我们选择了如下方案：
①隔离变压器：选择功率为200W、二次侧可提供50V、15V、15V三组交流电压。

②单相整流电路：选用单相半控整流电路如下图所示。

该电路控制灵活，输出电压大小在一定范围内可调节，因此成为被选方案。

但我们做完这部分电路时发现．这个电路的触发电路还是有一定难度的。

在设计指标中没对整流器做出硬性指标规定的情况下，我们完全可以采用单相不可控整流电路，从而减少两个晶闸管的触发电路的设计。

本设计采用的RC过电压抑制电路R9、C5并联在变压器次级（元件侧），以吸收变压器铁心磁场释放的能量。

并把它转换为电容器的电场能而储存起来，串联电阻是为了在能量转。

IGBT单相桥式无源逆变电路设计IGBT单相桥式无源逆变电路是一种常用于将直流电转换成交流电的电路。

在没有任何主动元件的控制下，通过合适的电路设计可以实现直流到交流的转换。

本文将详细介绍IGBT单相桥式无源逆变电路的设计原理、电路组成以及相关参数的计算。

一、IGBT单相桥式无源逆变电路的设计原理IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）是一种常用的功率开关元件，同时结合了MOSFET和BJT的优点，具有低开关损耗、高开关速度等特点。

单相桥式无源逆变电路是由四个IGBT和四个二极管组成的桥式整流电路，它可以将直流电源的电压转换成交流电，供给交流电动机等负载使用。

桥式无源逆变电路的工作原理是通过控制IGBT的导通和关断时间来生成脉冲调制信号，进而控制IGBT的输出电压波形。

通过合理的波形控制，可以实现直流到交流的转换。

二、IGBT单相桥式无源逆变电路的电路组成1.IGBT模块：IGBT模块由四个IGBT和四个二极管组成，承担了整流和逆变的功能。

2.LC滤波网络：LC滤波网络由电感器和电容器组成，用于平滑逆变后的脉冲信号，使其更接近于纯正弦波。

3.电源：电源为IGBT单相桥式无源逆变电路提供直流信号，可以采用整流桥或直流电源等形式。

4.纯电阻负载：纯电阻负载是指无感性和无容性的负载，用于测试和验证逆变电路的输出波形。

三、IGBT单相桥式无源逆变电路参数的计算1.IGBT参数的计算：IGBT的参数包括额定电压、额定电流、功率损耗等。

根据所需的载波频率、输入电压和输出功率等参数进行计算。

2.LC滤波网络参数的计算：根据所需的输出频率和负载电流等参数，计算出电感器和电容器的数值。

3.电源参数的计算：根据所需的输入电压、输出功率和效率等参数，选择合适的电源。

四、总结IGBT单相桥式无源逆变电路是一种常用的电路，用于将直流电转换成交流电供给负载使用。

本文介绍了该电路的设计原理、电路组成以及相关参数的计算方法。

单相SPWM逆变桥输出电压的谐波分析引言：单相SPWM逆变桥是一种常见的交流电源变换器，广泛应用于工业控制中。

在SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）逆变桥中，通过调整PWM信号的占空比，控制输出电压的大小和频率，以实现对交流电源的变换。

本文将对单相SPWM逆变桥输出电压的谐波进行分析。

一、单相SPWM逆变桥的工作原理逆变桥的工作原理如下：1.当M1和M2导通时，上管形成导通通道，电流从正极流向负极，输出电压为正向。

2.当M3和M4导通时，下管形成导通通道，电流从负极流向正极，输出电压为反向。

3.M1和M4、M2和M3也可以同时导通，此时两个导通通道是时序互补的，可以形成全桥逆变，输出电压的极性可以根据控制信号决定。

由于PWM的调制方式是基于三角波的频率调制，所以输出电压将会产生谐波。

具体的谐波分析如下：1.基波分量：基波是输出电压中频率最低的正弦波分量，其频率由所选择的PWM三角波频率决定，一般为50Hz或60Hz。

2.谐波分量：谐波分量是输出电压中频率高于基波的正弦波分量。

根据上述逆变桥的工作原理，谐波的频率为输入直流电压频率的奇次谐波。

具体的谐波分量数值与具体的控制策略有关，下面分析两种常见的输出电压控制策略。

（1）三角波PWM在三角波PWM控制下，PWM信号的占空比根据三角波的振幅决定。

当PWM信号的占空比为0.5时，输出电压为基波分量的峰值。

当PWM信号的占空比为0或1时，输出电压为0。

所以，在三角波PWM控制下，逆变桥输出电压只包含基波分量。

（2）正弦PWM在正弦PWM控制下，PWM信号的占空比与正弦波的幅值成正比，所以逆变桥输出电压中包含基波分量和谐波分量。

根据正弦PWM的控制方法不同，谐波分量的大小也会有所变化。

三、单相SPWM逆变桥输出电压的谐波抑制措施为了减小逆变桥输出电压中的谐波分量，常采用以下措施进行抑制：1.增加PWM的频率：增加PWM的频率有助于减小谐波分量的幅值，提高输出电压的质量。

单相全桥逆变电路输出电压有效值1. 介绍在现代电力系统中，逆变电路是一种重要的电力转换器，它可以将直流电转换为交流电。

单相全桥逆变电路是其中一种常用的逆变电路，它具有输出电压稳定、波形纯净等优点，被广泛应用于家用电器、工业控制以及电力系统中。

本文将详细介绍单相全桥逆变电路的工作原理、输出电压的计算方法以及影响输出电压的因素。

2. 工作原理单相全桥逆变电路由四个晶闸管和四个二极管组成，如下图所示：+-----------------+| |DC +---+---+---+---+---+---+| | | | | || | | | | || | | | | |+---+---+---+---+---+| | | | | || | | | | || | | | | |+---+---+---+---+---+| || |+-+---+---+---+---+--- AC| | | | || | | | || | | | |+---+---+---+---+当输入直流电源的正极连接到左上角的节点，负极连接到右上角的节点时，电路开始工作。

通过控制晶闸管的导通和截止，可以实现电路的开关操作。

当晶闸管导通时，电流从直流电源经过晶闸管流向交流负载；当晶闸管截止时，电流通过二极管流向交流负载。

通过不断地交替导通和截止，可以实现将直流电源转换为交流电源。

3. 输出电压的计算方法输出电压的有效值是衡量逆变电路性能的重要指标之一。

在单相全桥逆变电路中，输出电压的有效值可以通过以下公式计算：V out_rms=V √2其中，V out_rms表示输出电压的有效值，V dc表示直流输入电压。

由于输出电压是交流电压，其波形呈正弦波形。

因此，通过计算输出电压的有效值，可以获得其幅值。

4. 影响输出电压的因素单相全桥逆变电路的输出电压受到多种因素的影响。

以下是一些常见的影响因素：4.1 直流输入电压直流输入电压是影响输出电压的主要因素之一。

研制开发单相变三相纯正弦波电路设计林春景1，崔晓1，刘杰锋广州510450；2.广州东芝白云菱机电力电子有限公司，广东交流转变为三相对称380 V交流，转变后的三相交流一般都夹杂着较高的三次谐波，如果用这种三相电源长时间给三相交流电机供电，将会导致电机发热严重，从而影响电机的寿命。

为了解决这个问题，芯片能产生自带死区控制的三相纯正弦波信号的特点，对芯片外围电路设置反馈保护电路，使它工作在三相同步开环调压模式。

经安装和调试，其性能指标达到预期目标。

Design of Single-Phase to Three-Phase Based on EG8030LIN Chunjing1, CUI Xiao1, LIU JiefengUniversity Electronic and Information Engineering Department, Guangzhou.Guangzhou Toshiba Bai Yunling Machine Power Electronics Co., Ltd., GuangzhouV AC is transformed into three-phase symmetricalphase AC after transformation generally has higher third harmonics. If the three-phase power supply is supplied to the图1 斩波升压电路1.2 采用工频变压电路如图2所示，220 V交流电经桥式整流滤波会产生0.9～1.4倍的直流电压，正常负载时为260 V左右，为三相桥式逆变电路提供电源，此电路由三相纯正弦波发生器产生，通过驱动电路来控制，从而产生三相对称92 V交流电，再经工频变压器升压电路变成三相对称380 V交流电。

图2 工频变压电路上述两个方案都能产生三相对称380 V交流电，有三相不对称保护功能，但方案1采用斩波升压电路虽然体积小，重量轻，但是可靠性差，而由于方案2工频升压电路的隔离，使得电动机对逆变器的冲击较小，可靠性高，所以决定采用方案2进行设计。

基于 STM32的单相逆变器系统的设计和实现辽宁工业大学电子与信息工程学院 110000摘要:本设计以STM32单片机为主控芯片，采用SPWM双极调制方式，以单相全桥逆变电路为主电路，实现双逆变器并网供电。

提出了一种新的主从控制方法，通过控制主从机SPWM调节的不同速度来实现外电路对内电路电压的电流控制。

提出控制系统软启动和过流后重启的思路，保证系统始终处于安全运行状态，并能快速反应。

两个单片机之间的通信是通过UART来完成的，实现从电路跟随主电路的输出相位，高精度采样系统的设计采用SPI通信方式实现。

关键词：单相逆变；并联均流；STM32；SPWM1引言能源是社会发展的原动力。

目前，传统化石燃料仍是现代社会使用的主要能源材料，但目前已探明的储量和消费水平无法估计长期稳定供应。

因此，化石燃料造成的能源危机和污染使可再生能源研究成为重中之重。

逆变器的工作过程是将光伏板产生的直流电流转换成稳定高效的交流电，可以直接提供给用户。

它由逆变器部分、控制部分和输出滤波部分组成。

这使得光伏逆变器的研究成为利用太阳能解决能源危机不可缺少的环节，其性能直接影响逆变器的效率和逆变器的能源质量。

微型光伏逆变器以其维护方便、安全性高等优点，被广泛应用于分布式单机光伏发电系统中。

此外，光伏转换器因其适应不同条件的能力、扩展方便和成本低而在市场上更具竞争力。

因此，要保证离网光伏发电系统高效稳定运行，开发一种可靠、高效、经济的微型光伏逆变器就显得尤为重要[1]。

2并网逆变器系统硬件设计2.1选择主控芯片本设计采用标准ARM结构、Cortex-M内核的STM32单片机作为主DSP，专为高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用而设计，大大提高了信号处理效率。

STM32F103ZET6有60个中断源，可以匹配本系统中的各种外设和控制逻辑。

与其他单片机相比，具有功耗低、频率高、操作简单、调试方便、性能稳定性高等优点。

微控制器内置的UART和SPI通信模块可以满足系统中主从和交流通信的通信需求。

实验五十一DC/AC SPWM单相全桥逆变电路设计及研究（信号与系统—自动控制理论—检测技术－电力电子学综合实验）一、实验原理SPWM单相全桥逆变电路的主要工作原理是依靠四个开关管的通、断状态配合，利用冲量等效原理，采用正弦脉宽调制（SPWM）策略将输入的直流电压变换成正弦波电压输出。

SPWM的调制原理是通过对每个周期内输出的脉冲个数和每个脉冲宽度来调节逆变器输出电压的频率和幅值。

要使输出的电压波形接近标准的正弦波，就要尽量保证SPWM电压波在每一时间段都与该时段中正弦电压等效。

除要求每一时间段的面积相等外，每个时间段的电压脉冲宽度还必须很窄，这就需要在一个正弦波形内脉冲的数量很多。

脉波数量越多，不连续的按正弦规律改变宽度的多脉冲电压就越等效于正弦电压。

目前，在电力电子控制技术中，SPWM技术应用极为广泛，SPWM波形的形成一般有自然采样法、规则采样法等等。

前者主要用于模拟控制中，后者适用数字控制。

本实验采用的是DSP控制的单相全桥逆变电路，采用对称规则采样法。

对称规则采样的基本思想是使SPWM波的每个脉冲均以三角载波中心线为轴线对称，因此在每个载波周期内只需一个采样点就可确定两个开关切换点时刻。

具体算法是过三角波的对称轴与正弦波的交点，做平行于时间轴的平行线，该平行线与三角波的两个腰的交点作为SPWM波“开通”和“关断”的时刻。

由于在每个三角载波周期中只需要进行一次采样，因此使得计算公式得到简化，并且可以根据脉宽计算公式实时计算出SPWM波的脉宽时间，可以实现数字化控制。

图51-1 对称规则采样法生成SPWM波根据相似三角形定理，可以分析出图1对称规则采样法生成的SPWM波脉宽时间T n为：()21sin n n T T MN Nπ−= (51-1) 式中，M 为调制度，T 为正弦调制波周期，N 为载波比。

本实验中程序采用DSP 控制方式，载波频率固定为10KHZ ，调制波频率为50HZ 频率。

单相全桥逆变电路工作原理单相全桥逆变电路是一种常用的电力变换装置，其主要用途是将直流电转换为交流电。

其工作原理是通过四个开关管将直流电进行切割和逆向变换，最终得到一定电压和频率的交流输出。

下面将从工作原理、电路构成、优缺点和应用领域等方面详细阐述单相全桥逆变电路。

一、工作原理单相全桥逆变电路由四个开关管（晶闸管或MOSFET）组成，与一台变压器一起工作。

当1、2交流电源正负极向变压器输入直流电压时，S1和S4开启，S2和S3关闭。

这时，直流电源会通过变压器的一端进入，而另一端则会输出负电压，这样输出端就获得了一种交流电压。

然后，当1、2交流电源正负极的电压变为相反时，S2和S3打开，S1和S4关闭，这样直流电压就会反向通过变压器，输出端就依然能够获得一种交流电压。

两次的输出发生的相位差为180度，即输出的正弦波形左右当中的各一半，从而实现了逆变电路的工作。

二、电路构成单相全桥逆变电路的电路构成简单，主要由直流电源、四个开关管和变压器组成。

其中直流电源的电压和电流都需要进行选定和计算，开关管的类型和参数也需要进行选择和配合，变压器的参数也需要充分考虑和计算。

其中，开关管就是单向导电的器件，分为输入端和输出端，控制端与两个端口相连，当接收到控制信号时，控制端就开启器件，这样开关管就导通了。

在单相全桥逆变电路中，由于一次侧变压器中心点与输出端相连，所以开关管的控制信号需要进行相互协调，以保证逆变电路的正常工作。

三、优缺点单相全桥逆变电路也有其自身的优缺点。

其优点在于逆变电路稳定性高、输出电压频率可控、输出精度较高、效率高等，还能够实现交流电的变换、整流、调节及保护等多种功能。

而缺点在于电路构造较为复杂、噪声等环境干扰较大、器件选配精度较高等。

四、应用领域单相全桥逆变电路在现代工业生产中得到广泛应用，如电子、电力、通讯、光学、机械、石油化工等行业。

其中在工业控制领域，逆变电路可被应用于电机启动、转速控制、液压泵站控制、机床等方面。

逆变电路工作原理逆变电路是一种将直流电能转换为交流电能的电路，常用于电力电子设备中。

它的主要功能是将直流电源的电压和频率转换为需要的交流电压和频率。

逆变电路广泛应用于太阳能发电、风能发电、电动汽车等领域。

逆变电路的工作原理可以简单描述为：通过控制开关管的导通和截止，将直流电源的电压进行开关调制，从而产生一个脉宽调制（PWM）的波形。

这个波形经过滤波电路后，得到一个平滑的交流电压输出。

具体来说，逆变电路由以下几个主要部分组成：1. 输入滤波电路：逆变电路的输入是直流电源，为了确保输入电流的稳定性和纹波较小，需要使用输入滤波电路。

这个电路一般由电容器和电感器组成，能够滤除输入电压中的高频噪声和纹波。

2. 逆变器电路：逆变器电路是逆变电路的核心部分，它负责将直流电源的电压转换为交流电压。

逆变器电路通常由开关管（如晶体管、功率MOS管等）和驱动电路组成。

开关管的导通和截止由驱动电路控制，通过不断地开关和截止，可以实现对输出波形的调制。

3. 输出滤波电路：逆变器电路输出的波形是一个脉宽调制的波形，需要经过输出滤波电路进行平滑处理，得到一个稳定的交流电压。

输出滤波电路一般由电感器和电容器组成，能够滤除输出波形中的高频成分，使得输出电压更加稳定。

4. 控制电路：逆变电路的控制电路负责控制开关管的导通和截止，以及调整输出电压和频率。

控制电路一般由微处理器或专用的控制芯片实现，通过对输入信号的采样和处理，可以实现对逆变电路的精确控制。

逆变电路有多种工作方式，常见的有单相逆变电路和三相逆变电路。

单相逆变电路适用于单相交流电源的应用，而三相逆变电路适用于三相交流电源的应用。

根据输出波形的形式，逆变电路又可分为方波逆变电路、正弦波逆变电路和修正正弦波逆变电路等。

总结起来，逆变电路通过控制开关管的导通和截止，将直流电源的电压转换为需要的交流电压。

它由输入滤波电路、逆变器电路、输出滤波电路和控制电路等组成。

逆变电路的工作原理复杂多样，可以根据不同的应用需求选择不同的工作方式和输出波形。

单相全桥逆变电路原理
单相全桥逆变电路原理
单相全桥逆变电路，也称为“单相四桥逆变电路（one-phase full-bridge inverter）”，是现今逆变器技术中最广泛应用也是最重要的逆变器之一。

其具有较好的控制性能例如可以实现无死区、任意调节占空比、相角以及低故障概率的特点，它的运行主要由四极、六极开关组成，结构比较简单，能够与电网兼容，降低电网内谐波及谐波污染，耗能少、增加可靠性高，并且在很多情况下更便于实现电源优化设计。

单相全桥逆变电路的工作原理主要是以周期变化的占空比，把拓扑结构的开关元件组织在一起，利用四个开关极组成的四极开关和六极开集结成每个周期实现四种连接方式：直流源端接回路，直流源端依次接入负载，中间接回路，以及中间接负载。

每个开关状态改变时，会分别在负载端产生一定的频率，重复循环此过程，便可输出一个额定电压、频率和正交瓦和谐波序列，也即是对负载供给一种正弦波电压电流信号。

另外，改变四极开关和六极开关的不同开关状态，也可提供不同的电压和电流、相位偏移等功能，实现了较为精准的调节和控制。

很显然，单相全桥逆变电路是一种目前比较常用的单相电源逆变器，它实现了电压、电流和频率对正弦波的圆满调节，为微型、小型的混合式动力系统的实施提供了可靠的基础设备，使其更好地适应电网的要求。

4.1逆变焊机的工作原理与特点逆变焊机原理框图如图4。

1所示。

该系统采用双闭环控制系统，图中If为反馈电流，Uf为反馈电压,19为给定电流，Ug为给定电压，UO为实际输出电压。

内环为电流反馈闭环控制,反馈信号由电流霍尔传感器得到。

外环为电压反馈闭环控制，反馈信号由电压霍尔传感器得到。

具体控制过程后做分析。

逆变焊机工作时，先将单相220V/50Hz电压整流并滤波后,变为逆变主回路所需的310V左右平滑直流电压。

然后将该直流电压送入逆变主回路，经过大功率电子元件IGBT的交替逆变作用转变成为ZOK左右的中频交流电压，再经过中频降压变压器降压至适合于焊接的几十伏电压，最后经过整流滤波后得到直流焊接输出.借助于控制电路及反馈回路,以及焊接回路的阻抗，可以得到焊接工艺所需的外特性和动特性。

其交流变换顺序为:工频交流一直流一中频交流一降压一直流。

焊机在“交流一直流一交流”阶段的电压频率发生了改变，所以逆变焊也成为变频焊机。

交流和直流反复转换的目的是为了提高该电压的工作频率。

我们知道,按照正弦波分析时变压器输出有如下公式［60]：式中，变压器的体积、重量与Ns有关，而NS与变压器的工作频率f又有直接关系。

当凡一定时，若变压器工作频率从工频(SOHz)提高到20KHz,则绕组匝数与铁心截面积的乘积NS就减少到原来的l/400，而主变压器在逆变焊机中通常所占重量为1/3到2/3,因此提高变压器的工作频率可以使逆变焊机的体积和重量显著的减少。

同时，钢和铁的电能损耗将随所需材料的明显减少而大大降低,焊接质量也有进一步改善.由于上述原因,逆变焊机与传统的晶闸管式焊机和晶体管式焊机相比,具有众多优点：l）高效节能.逆变焊机材料的减少使焊机整体损耗大大降低,其效率可达80％到95％，功率因数可提高到0.9以上,空载损耗极小，只有几十瓦，这一点在能源紧张的今天尤为可贵.2)体积小,重量轻。

这是逆变焊机最明显的优点，主变压器的重量仅为传统弧焊电源工频变压器的几十分之一.3）动态响应时间短,控制速度提高。

电力电子实验单相桥式有源逆变电路实验报
告共(一)
实验报告：单相桥式有源逆变电路
一、实验目的
通过搭建单相桥式有源逆变电路实现AC/DC/AC的转换，了解有源逆变电路的基本原理，并掌握实验中所用的电路元件及仪器的使用方法。

二、实验原理
单相桥式有源逆变电路是将直流电转换成单相交流电，该电路的基本原理是将直流电输入到有源逆变器中，经过升压变压器变压后，输出谐波变成单相交流电。

三、实验步骤
1、连接电路，将电源的输出（30V）连接到桥式整流电路的输入端，桥式整流电路的输出端连接有源逆变器的输入端。

2、连接升压变压器，将低电压输入端连接有源逆变器的输出端，将高电压输出端连接到适配的负载上。

3、打开电源，调整负载，观察输出电压的波形和输出电压的大小，并记录实验结果。

四、实验结果
实验结果表明，当直流电压输入到有源逆变器中，通过升压变压器升压后，输出谐波变成单相交流电，输出电压正弦波的质量极高，频率也非常稳定。

通过调整负载，输出电压的大小和波形都可以得到良好的保证。

五、实验心得
通过此次实验，我更加深入地了解了电力电子学中的桥式有源逆变电路的基本原理和实验步骤，更加熟练地掌握了相关电路元件及仪器的使用方法。

同时，在实验中出现的问题也加深了我对电力电子实验的认识和理解。