小型单相变压器的设计和绕制报告[最终版]

第一篇：小型单相变压器的设计和绕制报告[最终版]

小型单相变压器的设计和绕制

班 级: 姓 名： 学 号： 指导 教师： 赵炜平日 期： 6月21日

目录

一、小型单相变压器简介

二、变压器的基本结构及工作原理

三、实例计算

四、结论

五、心得体会

一、小型单相变压器简介

变压器是通过电磁耦合关系传递电能的设备，它的用途非常广泛变压器是电能输配的主要电器设备。实际上，它在变压的同时还能改变电流，还可改变阻抗和相数。小型变压器指的是容量1000V.A以下的变压器。最简单的小型单相变压器由一个闭合的铁心和绕在铁心上的两个匝数不同、彼此绝缘的绕组构成。

二、变压器的基本结构及工作原理

一般的电力变压器是由铁心、绕组及其附件组成的。铁心构成变压器的磁路部分，绕组构成变压器的电路部分。

变压器的功能主要有：电压变换；阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）等，变压器常用的铁心形状一般有E型和C型铁心。变压器是利用电磁感应原理将某一电压的交流换成频率相同的另一电压的交流电的能量的变换装备。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组，如图（1）所示。一个绕组接电源，称为原绕组（一次绕组、初级），另一个接负载，称为副绕组（二次绕组、次级）。原绕组各量用下标1表示，副绕组各量用下标2表示。原绕组匝数为N1，副绕组匝数为N2。

图（1）变压器结构示意图

理想状况如下（不计电阻、铁耗和漏磁），原绕组加电压u1，产生电流i1，建立磁通，沿铁心闭合，分别在原副绕组中感应电动势e1和e2。

三、实例计算

如上图所示，已知：SN100VA

U122V0 U224V

U336V

U4110V

1、计算变压器的额定容量SN100VA

2、铁芯截面的计算及铁芯片的选择（磁密的选择）①计算铁心截面积A A＝κ0SN

截面积计算系数K0的估算值可以取K0=1.35因此，A＝κ0SN=1.35100=13.5（cm2）

② 铁心中柱宽度a与铁心叠厚b的计算,根据表3.参数a、b的选取可以近似取a=28mm 因此，b=110F/a=110*13.5/28=53.03 mm 此时b/a=53.03/28=1.89满足b=(1.2~2)a的通常要求。③铁芯片的选择

由于是小容量变压器，所以其铁心形式采用壳式。

3、计算绕组线圈匝数

①求出每伏电压应绕的匝数 N103450000 N0= 3（匝/V）AE4.44fBmABm式中的Bm=1.1T(铁心材料国热轧硅钢片)②根据N0和各线圈额定电压求出各线圈的匝数

N1=N0U1=3*220=660 N2=（1.05~1.10）N0 U2=1.10*3*24=80 N3=（1.05~1.10）N0 U3=1.10*3*36=119 N4=（1.05~1.10）N0 U4=1.10*3*110=363

4、计算导线直径d 导线的截面积：Ac=I/j.S =1.15*117.65/220=0.615(A)U1 Ac1=0.615/2.5=0.246 mm2 I1(1.1~1.2)d1II1.130.715I0.56mm jj同理可求：Ac2=2.25 mm2 d2=1.70 mm Ac3=1.50 mm2 d3=1.39 mm Ac4=0.49 mm2 d4=0.62mm 4 根据所求解的数据：可取原边的材料为高强度聚酯包线QZ0.07副边的材料为高强度聚酯包线QZ0.11

5、核算变压器绕组所占铁芯窗口的面积

对一般的小型电源变压器，其工作环境、温升情况无特殊要求，工作电压为220V，其间绝缘可用牛皮纸，其厚度为0.07mm，线圈间的绝缘 可采用2-3层牛皮纸或0.12mm的青壳纸，采用现成的16x28线圈框架。

①根据选定的铁心窗高h计算没层可绕的匝数ni N10.9[h(2~4)]0.9x[423]/0.6852（匝）

d10.9[h(2~4)]0.9x[423]/1.8220（匝）N2d20.9[h(2~4)]0.9x[423]/1.5124（匝）N3d30.9[h(2~4)]0.9x[423]/0.7448（匝）N4d4

②每组绕组需绕的层数mi为：

M1=N1/n1=660/52=13(层)M2=N2/n2=80/20=4(层)M3=N3/n3=119/24=5(层)M4=N4/n4=363/48=8(层)③每绕组厚度

timi(dii)=13x(0.68+0.07)+0.12=9.87(毫米)

timi(dii)=4x(1.82+0.07)+0.12=7.68（毫米）



timi(dii)=5x(1.51+0.07)+0.12=8.02（毫米）

timi(dii)=8x(0.74+0.07)+0.12=6.6(毫米)④所有总绕组的t为：

t(t0t1t2...tn)(1.1~1.2)

=1.2x(1+9.87+7.68+8.02+6.6)=39.8(毫米)⑤变压器绕组所占铁芯窗口的面积为：S=h*t=42x39.8=1671.6

6、如何绕制

（a）起绕时，在导线引线头上压入一条用青壳纸或牛皮纸片做成的长绝缘折条，（b）绕线时，通常按照一次侧绕组→静电屏蔽→二次侧高压绕组→二次侧低压绕组的顺序，依次叠绕。当二次侧绕组的组数较多时，每绕制一组用万用表检查测量一次。

(c)每绕完一层导线，应安放一层层间绝缘，并处理好中间抽头，导线自左向右排列整齐、紧密，不得有交叉或叠线现象，绕到规定匝数为止。

(d)绕组线头的紧固

(e)绕组线尾的紧固

(f)当绕组绕至近末端时，先垫入固定出线用的绝缘带折条，待绕至末端时，把线头穿入折条内，然后抽紧末端线头

(g)取下绕组，抽出木质芯，包扎绝缘，并用胶水粘牢。

绕线的方法

对无框骨架的，导线起绕点不可紧靠骨架边缘；对有边框的，导线一定要紧靠边框板。

如图引出线的连接 绕线时，绕线机的转速应与掌握导线的那只手左右摆动的速度相配合，并将导线稍微拉向绕组前进的相反方向约5°左右，以便将导线排紧。

四、结论

通过上面的设计可知：有容量的选择；铁芯截面的计算及铁芯片的选择（磁密的选择）；计算每个绕组匝数;

一、二次电流的绕组导线截面的选择；根据已知绕组的匝数、线径、绝缘厚度等核算变压器绕组所占铁芯窗口的面积；最后计算铁芯和绕组的重量。一般的小容量单相变压器的计算内容有四种部分：容量的确定；铁心尺寸的确定；绕组的计算；绕组排列及铁心尺寸的最后确定。变压器的效率80%~90%。对小容量变压器应考虑内部压降，为使在额定负载时二次侧有额定电压应适当的增加二次侧绕组匝数，约增加5%~10%的匝数。通过铜损的测定可知，小型变压器的的质量可以从他的空载损耗和短路损耗判断出来，越小越好，同时工作温度也会低，并有很好的负载，通过空载电流的测定，铁损较大的变压器，发热量大，安培匝数设计要是不合理，空载电流会大增，就会造成温升增大，有损寿命。单相变压器是具有两个线圈的变压结构：变压器主要是由铁心和绕组组成：

1铁心是变压器的主磁路，又作为绕组的支撑骨架。铁心分铁心柱和铁轨两不分，铁心柱上装有绕组，铁轨是联系两个贴心柱的部分。2变压器绕组构成设备的内部电路，它与外界的电网直接相接，是变压器中最重要的部件，常把绕组比做变压器的核心。

五、心得体会

在这一星期的设计过程中让我知道了变压器的一些相关东西。在此过程中，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考，动手设计的能力，在各种其他的能力上也都有了不同程度的提高，更重要的是在设计的过程中，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最为实用的，真的是受益匪浅，要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践、在学习、在实践。

通过本次课程设计，我掌握了查阅资料的本领，在编辑公式与排版过程中大量运用计算机基础知识，同时，我也对其进行了学习，另外在本次设计过程中我深深感受到合作在工作中的作用于队友合作更是一件快乐的事情，只有彼此都努力维护才能将大家作品做的更加完美，而团队合作也是当今社会所提倡的。而这些正是我们这些新时代的大学生所缺乏的。但是经过这次的实训，我相信自己在这方面得到了显著地进步这将是我在这次实训中的最大收获。

第二篇：单相变压器概念

上海昌日电子科技有限公司 电力谐波治理解决方案 单相变压器

上海昌日电子科技有限公司是专业制造高低压电抗器，变压器厂家，欢迎新老顾客来电咨询。变压器有：BK变压器，JBK变压器，JBK3变压器，SG变压器等，种类有 输入电抗器，输出电抗器，直流电抗器，串联电抗器，高压串联电抗器等 厂家直销 价格低，品质优。现货供应，欢迎新老顾客咨询 目录 单相变压器的意义 2 单相变压器的性能分析 3 单相变压器的局限性 4 单相变压器的应用场合 1单相变压器的意义

第一，相同容量的单相变压器比三相变压器三相变压器 的供应商用铁减少20%，用铜减少10%。尤其是采用卷铁芯结构时，变压器的空载损耗可下降15%以上，这将使单相变压器的制造成本和使用成本同时下降，从而获得最佳的寿命周期成本。

第二，在电网中采用单相供电系统，可节省导线33%～63%，按经济电流密度计算，可节约导线重量42%，按机械强度计算，可降低导线消耗66%。因此可降低整个输电线路的建设投资。这在我国地域广阔的农村和城镇的路灯照明及居民生活用电方面是很有意义的。

第三，单相变压器由于结构简单，适合大批量的现代化生产，有品质源于专业 专业电抗器供应商 www.xiexiebang.com

上海昌日电子科技有限公司 电力谐波治理解决方案 利于提高产品质量和效益。

第四，适于引入新技术、新材料、新工艺，获得技术加分，党的十六届五中全会提出把节约资源作为基本国策，“十一五”规划《纲要》进一步把“十一五”时期单位GDP能耗降低20%左右作为约束性指标。在这个大背景下，降损附加值高的新产品将大有所为。在线损理论计算时可以发现，80%的线路损失发生在20%的主干线上，因此缩短低压主干线距离，就可以大大减少低压线损，由于单相变压器重量轻，可以灵活安装在电杆上使用，便于深入负荷中心，就近降压供电，提高供电质量。一般单相变压器在小范围内供电，发生故障波及面小，利于提高供电可靠性。同时，因为单相变压器重量轻，安装维护方便，使用灵活，可以单相使用，也可以三台组成三相变压器使用。

2单相变压器的性能分析

定量分析

同容量的单相变压器损耗较 S11三相变压器损耗低。以 50 kVA为例 ． D12—50单相变压器与 S11—50三相变压器指标 比较表中可 以看出．采用 D12—50单相变压器供 电比采用 S11—50三相变压器 1年可节约 电能 =10 E8 760(一Po)+8 760(尸 — 1)]=[(120 W一72 W)x8 760 h+(870 W一660 W)x8 760 hxO．3 ]×10。=586 kWh。式 中 ： 1为D12—50的空载损耗 ； 为 S11—50的空载损耗 ；为 D12—50的负载损耗 ； 为 S11—50的负载损耗 ；K为变压器负载系数。

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定性分析

采用单相变压器解决 了电压质量低的问题。为提高农网电压合格率、供 电可靠性和低压线路降损工作打下了坚实基础。也为老百姓做 了件实事。

采用单相变压器断了小业主钻政策空子、挤 占公用变压器容量的念头。让他们 自愿地 申请安装专用变压器。在一定程度上提高了供 电企业的经济效益。此外。单相变压器安装调换简便，大大缩短 了事故处理时间。变压器噪音分贝下降。有利于环保。

采用单相变压器解决城乡结合部的居民用 电题，投资不大，改造快捷。采用集束导线等新材料、新工艺，美化了环境，受到居 民普遍欢迎。

3单相变压器的局限性

首先，单相变压器由于电压单一，只能应用于照明或小型电机，应用范围具有局限性。而我国农村因有副业和作坊，不能广泛推广，即使用，也只是作为三相供电制度的补充使用。在顺平供电公司，单相变压器得到应用，一是应用于深山区，居民分散，用电负荷小，基本没有动力应用，可大大减少线路投资;二是应用于路灯。其次，是单相变压器所引起的引高压进负荷中心容易受到人们的抵制。现在人们法制观念提高，对于居住环境的关心也非常重视，没有哪个业主愿意电业部门在门前树根“旗杆”，上面挂有变压器，带有高压电，并且还发出噪音。同时，现在的房地产商人只要求电力方便，他们却不愿意自己的蓝图里出现电力设施的影子。一是怕电磁辐射，二是怕危险，三是怕影响景观。现在电力部门收费到品质源于专业 专业电抗器供应商 www.xiexiebang.com

上海昌日电子科技有限公司 电力谐波治理解决方案 户，线路损失是电力部门的事情，业主与开发商没有义务为电力部门提供方便。4单相变压器的应用场合 单相变压器主要适用于以下场所：

①对于城乡结合部居民生活用 电．可视情况采用 1户或几户共用 1台单相变压器的方式供电；

②对于郊区及集镇小工业等较 为发达地区．可采用单相变压器和三相变压器共存的方式 ．单相变压器用于供居 民生活用 电，三相变压器供工业用电；

③对于路灯、大型广告牌等不需要三相供电的负荷，采用单相变压器供电；

④对于农村零散单相用 户．采用就地安装单相变压器方式．可解决电压质量低的问题；⑤县城郊区拆迁安置房基本为一户一楼，采用单相变压器，施工方便，布置合理。

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第三篇：单相变压器DH15技术参数及产品特点

单相变压器DH15-M-30/10

产品概述

我公司生产的单相变压器采用柱上悬挂安装方式，体积小，基建投资小，减小了低压供电半径，可降低低压线损60%以上。变压器采用全密封结构，过负荷能力强，连续运行可靠性高，维护简单。适用于分散性负荷供电方式，具有较好的节能效果。

该变压器采用非晶合金或硅钢片铁心、一次性成形桶式油箱，具有低损耗、低噪音、高机械强度等特点。

我公司也可生产全自保护单相柱上变压器，该变压器指在单相柱上变压器的高压侧及低压侧配置一些保护用的元器件，从而达到保护变压器及网络安全的目的。全自保护单相变压器对雷电、短路和过载能起自身保护作用，能保护输配电线路不致因变压器自身故障而引起断电。

供电部门或用户可根据情况选择以下不同的保护类型

序号 1 2 3 4

保护型式 CSP型 SP型

CP型

普通型 高压负荷开关

有

有

有

无

高压熔断器

有

有

有

无

避雷器

有

有

无

无

低压过流断路器

有

无

有

无

第四篇：大一暑期控制设计实习告-小型变压器设计

文章标题：大一暑期控制设计实习告-小型变压器设计

(西南交大机械制造及自动化张其美19990780)

一、设计任务：

小型变压器设计（或选型）、直流稳压电源电路设计，画出原理图及pCB图。

（1）集成直流稳压电源有关的指标为：输入为～220V；输出为两档；

Ⅰ档：=12V对称输出，mA，供信号调理电路、滤波电路用；

纹波电压：5mV；稳压系数：。

Ⅱ档：=（5～ 12）V连续可调，mA，为恒流源，供传感器桥路用。

集成变压器设计：

集成稳压器选择

1．集成稳压器的选取：采用CW7812、CW7912和CW317

CW7812：正稳压器，最大输入电压为35V，最小输入电压为14.5V；当输入为19V时，输出为12V，输出电流为1.5A，加散热片。

CW7912：负稳压器，最大输入电压为-35V，最小输入电压为-14.5V；当输入为-19V时，输出为-12V。

CW317：可调三端式集成稳压器，输出电压为1.2～37V，输出电流1.5A；最大输出压差40V，最小为3V，现要求5～12V，则输入电压为15V≤≤45V

2．整流二极管的选择：选择单相桥式；二极管压降为0.7V

3．滤波电容量估算。

二、小型变压器设计

Ⅰ档：

Ⅱ档：

其中取30V.1．求出副边总视在功率；

2．计算原边输入视在功率和电流；

变压器效率取

小型变压器空载时磁场电流系数为1.1～1.2（取1.15）

则A

3．确定变压器铁芯截面积S及选择铁片尺寸；的取值由下表决定：

0~10

10~50

50~500

500~1000

1000以上

22~1.7

51.5~1.41.4~1.21根据S选取铁芯尺寸a与b

若先确定a，取，则

4、计算每个绕组的匝数W；

绕阻的感应电势有效值：

则变压器每感应1V电动势所需绕的匝数为

原边匝数：（匝）

副边Ⅰ档：（匝）

Ⅱ档：（匝）

屏蔽层取1层

5.计算导线直径d

根据电流密度j计算各绕阻所需导线截面积

原边：

查表可得

副边Ⅰ档：

查表可得

副边Ⅱ档：

查表可得

6.核算：

原边：每层线圈的匝数为

则原边线圈层数为（层）

副边Ⅰ档：

（层）

副边Ⅱ档：

（层）

所以总厚度为：

乘以尺寸裕量，取1.2

合适

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第五篇：基于SG3525设计单相正弦波SPWM逆变电源

摘 要

本论文所需单相正弦波SPWM逆变电源的设计采用了运算放大器、二极管、功率场效应管、电容和电阻等器件来组成电路。

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变换的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。通过对电路的分析，参数的确定选择出一种最适合的方案。输出频率由电压控制，波形幅值由电阻确定。

本论文以SG3525驱动芯片为核心，完成了单相正弦波SPWM逆变电源的参数设计，并利用所得结果，完成了实际电路的连接，通过调试与分析，验证了设计的正确性。

关键词: SPWM,SG3525 I II

Title: Design of Sine Wave Inverter Power Supply By SG3525 Applicant: Cao Lei Speciality: Electrical Engineering And Automation

ABSTRACT

Design of sine wave inverter power supply by SG3525 was designed using operational amplifier,diodes,transistors,zener diodes,the capacitor and resistor voltage devices such as to constitute circuit.Inverter power supply is one kind of power electronics process transformation of electrical energy device.It alternating voltage or volts d.c input to acquire voltage stabilization constant amplitude the alternating voltage output.Get through the circuit analytical.To ensure the parameter to chose one kind of best fit program.The output frequence is confirmed by voltage and resistance ect.The thesis use SG3525 as a core to achieve design of sine wave inverter power supply.Take the advantage of the result to achieve circuit ligature.Get through the debug to check the validity.KEY WORDS： SPWM，SG3525 III

IV

目 录

1绪论..............................................................1 1.1逆变电源的发展背景............................................1 1.2逆变电源的研究现状............................................1 1.3 设计的主要工作和难点..........................................3 1.3.1 设计的主要工作............................................3 1.3.2 论文的主要难点............................................5 2 SPWM逆变电源原理与应用...........................................7 2.1 SPWM控制原理................................................7 2.2 SPWM控制的发展前景..........................................8 2.3本章小结......................................................8 3 硬件电路的设计....................................................9

3.1SG3525介绍..................................................9 3.2 文氏电桥振荡电路...........................................11 3.3移位电路分析................................................13 3.4 逆变电路的工作原理分析.....................................13 3.5 本章小结...................................................14 4 系统的检测与分析.................................................15 4.1正弦发生器部分的调试........................................15 4.2逆变部分及整体运行结果......................................16 5结论与展望.......................................................19 致谢...............................................................21 参考文献...........................................................23

I

II

1绪论

1.1逆变电源的发展背景

逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变幻的装置，它从交流或直流输入获得稳压恒频的交流输出。逆变电源技术是一门综合性的专业技术，它横跨电力、电子、微处理器及自动控制等多学科领域，是目前电力电子产业和科研的热点之一。逆变电源广泛应用于航空、航海、、电力、铁路交通、邮电通信等诸多领域。

逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动着逆变电源的发展。逆变电源出现于电力电子技术飞速发展的20世界60年代，到目前为止，它经历了三个发展阶段。

第一代逆变电源是采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件称为可控硅逆变电源。可控硅逆变电源的出现虽然可以取代旋转型变流机组，但由于SCR是一种没有自关断能力的器件，因此必须增加换流电路来强迫关断SCR，但换流电路复杂。噪声大、体积大、效率低等原因却限制了逆变电源的进一步发展。

第二代逆变电源是采用自关断器件作为逆变器的开关器件。自20世纪70年代后期，各种自关断器件想运而生，它们包括可关断晶闸管（GTO）、电力晶闸管（GTR）、功率场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等。自关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能

第三代逆变电源实时反馈控制技术，使逆变电源性能得到提高。实时反馈控制技术是针对第二代逆变电源非线性负载适应性不强及动态特性不好的的缺点提出来的，它是最近十年发展起来的的新型电源控制技术，目前仍在不断完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃。

1.2逆变电源的研究现状

最初的逆变电源采用晶闸管（SCR）作为逆变器的开关器件，称为可控制逆变电源。由于SCR是一种有关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断SCR，SCR的换流电路限制的逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和交流技术的发展，有关断能力的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）等等，可关断器件在逆变器中的应用大大提高了逆变电源的性能，由于可关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且非线性负载的适应性得以提高。最初，对于采用全控型器件的逆变电源在控制上普遍采用带输出电压有效值或平均值反馈的PWM控制技术，其输出电压的稳定是通过输出电压的有效值或平均值反馈控制的方法实现的。采用输出电压有效值或平均值反馈控制的方法是有 结构简单、容易实现的优点，但存在以下缺点：(1)对线性负载的适应性不强

(2)死区时间存在将使PWM波中含有不易滤掉的低次谐波，使输出电压出 现 波形畸变

(3)动态性能不好，负载突变时输出电压调整时间长

为了克服单一电压有效值或平均值反馈控制方法的不足，实现反馈控制技术得以应用，它是10年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断的完善和发展之中，实时反馈控制技术的采用使逆变电源的性能有了质的飞跃，实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种： 1.谐波控制原理

当逆变电源的负载为整流负载时，由于负载电流中含有大量谐波，谐波电流 在逆变电源内阻上压的降致使逆变电源输出电压波形畸变,谐波补偿控制可以较好的解决这一问题，尤其是在逆变桥输出PWM波中加入特定谐波，可抵消负载电流中的谐波对输出电压波形的影响，减小输出电压的波形是畸变，而且这种方法只能由数字信号处理器来实现。

2.无差拍控制

1959年，Kalman首次提出了状态变量的无差拍控制理论。1985年，GokhalePESC年会上提出将无差拍控制应用于逆变控制，逆变器的无差拍控制才引起了广泛的重视无差拍控制是一种基于微机实现的控制原理，这种控制方法根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来推算下一个采样周期的开关时间，使输出电压在每个采样点上与给定信号相等，无差拍控制的缺点是算法比较复杂，实现起来不太容易，它对系统模型的准确性要求比较高。对负载大小的变化及负载性质变化比较敏感，当负载大小变化及负载性质变化时不是获得理想的正弦波输出。3.重复控制

为了消除非线性负载对逆变器输出的影响，在UPS逆变器控制中导入重复控制技术。重复控制是一种基于内模原理的控制方法，它将一个基波周期的的偏差存储起来，用于下一个基波周期的控制，经过几个周期基波周期的重复可达到很高的控制频度。在这种控制方法中，加到控制对象的输入信号除偏差信号外，还叠加了一个过去的控制偏差，这个过去的控制偏差实际上是一个基波周期忠的控制偏差，把上一个基波周期的偏差反映到现在，和现在的偏差一起加到控制对象进行控制，这种控制方式偏差好像在被重复使用，所以称为重复控制。它的突出特点是稳定性好、控制能力强但动态响应速度慢，因此，重复控制一般都不单独用于逆变器的控制，而是与其他控制方式结合共同实现整个系统性能。4.单一的电压瞬时值反馈控制

这种控制方式的基本思想是把输出电压的瞬时反馈与给定正弦波进行比较，2

用瞬时偏差作为控制量，对逆变桥输出PWM波进行动态调节，和传统PWM控制方法相比，该方法能对PWM波进行动态调整，故系统快速性、抗扰性、对非线性负载的适应性、输出电压的波形品质等都比传统PWM控制方法有所提高。这种方法的缺点就是稳定性不好，特别是空载时。5.带电流内环的电压瞬时值反馈控制

带电流内环的电压瞬时值反馈控制方法是在单一的电压瞬时值反馈控制方法的基础上发展起来的在这种方法中，不但引入输出电压的瞬时值反馈，还引入滤波电容电流的瞬时值反馈，电压环是外环，内流环具有将滤波电容电流或滤波电感电流改造为可控的电流源的作用，这一，控制输入和输出电压之间就形成了具有单极点的传递函数，因而系统的稳定性大大提高，克服了单一电压瞬时值反馈控制系统空载容易震荡的缺点。由于稳定性的提高使得电压调节器增益可以取比较大的值，所以突加负载或突卸负载时输出电压的动态性能大大提高，抗扰性能大大提高，对非线性负载的适应能力也大大提高。

1.3 设计的主要工作和难点

1.3.1 设计的主要工作

本课题的研究设计，把它分成4个阶段来进行完成：思路分析、体系结构设计、硬件连接、系统调试。

首先设计正弦波信号发生器，正弦波信号发生器由文氏电桥振荡电路和移位电路两个部分组成如图1-1所示

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏电桥振荡电路移位电路 图1-1 正弦波信号发生器

如图所示把正弦波信号发生器产生的50HZ的正弦波送入SG3525芯片的9号管脚与SG3525芯片的5号管脚的锯齿波进行比较，从而获得SPWM信号，改变正弦波幅值，即改变M，就可以改变输出电压幅值，正常M≤1。

再次设计SPWM驱动电路如图1-2所示，由正弦波发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5脚（锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM波形，经过到相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。

u0Y 轴O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦电压ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效电压Y 轴O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 轴ωt图1-2 SPWM逆变电路

1.3.2 论文的主要难点

我在做设计时候遇到难题是由于选择正弦波振荡电路的电阻参数错误和SPWM逆变电路调节RP在SG3525的9号管脚和SG3525芯片的5号管脚得不到相应的信号输出。最后在指导老师的帮助下经过更换电阻参数和负载R5从而得到应该得到的输出。

SPWM逆变电源原理与应用 SPWM逆变电源原理与应用

2.1 SPWM控制原理

逆变电路理想的输出电压是图2-1（a）正弦波u0=Uo1sinωt。而电压型逆变电路的输出电压是方波，如果将一个正弦波半波电压分成N等分，并把正弦曲线每一等分所包围的面积都用一个与其面积相等的等副矩形脉冲来代替，且矩形脉冲的中点与相应正弦等分的中重合，得到如图2-1（b）所示的脉冲列这就是PWM波形。正弦波的另外一个半波可以用相同的方法来等效。可以看出，该PWM波形的脉冲宽度按正弦规律变化，称为SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）波形。

u0Y 轴O①②③④⑤π⑥⑦⑧ ⑨⑩2π(a)正弦电压ωt u0PWM①②③④⑤(b)SPWM等效电压Y 轴O∠θ1∠θ∠θ3∠θ24-Udα1=θ1α2∠θ5=θ2X 轴ωt

图2-1 SPWM电压等效正弦电压

根据采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。脉冲频率越高，SPWM波形越接近正弦波。逆变器的输出电压为SPWM波形时，其低次谐波将得到很好的抑制和消除，高次谐波又能很容易滤去，从而可获得畸变率极低的正弦波输出电压。

SPWM控制方式就是对逆变电路开关器件的通、断进行控制，使输出端得带一系列幅值相等而狂度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其他所需要的波形。

从理论上讲，在SPWM控制方式中给出了正弦波频率、幅值和半周期内的脉冲 数后，脉冲波形的宽度和间隔便可以准确计算出来，然后计算的结果控制电路忠各开关器件的通、断，就可以得到所需要的波形，这种方法称为计算法。计算法很繁琐，其输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化，实际中很少应用。

在大多数情况下，人们采用正弦波与等腰三角波橡胶的办法来确定各矩形脉冲的宽度。等腰三角波上下宽度与高度呈线性关系且左右对称，当它与任何一个光滑曲线相交时，即得到一组等副而脉冲宽度正比于该曲线换数值的矩形脉冲，这种方法称为调制法。希望输出的信号为调制信号，接受调制的三角波称为载波。当调制信号是正弦波时所得到的便是SPWM波形；当调制信号是正弦波时，等效也能得到与调制信号的SPWM 根据前面的法分析，SPWM逆变电路的优点可以对那如下：

1.以得到接近正弦波输出电压，满足负载需要。

2.整流电路采用二级管整流，可获得较高的功率因数。

3.只用一级可控的功率环节，电路结构简单。

4.过对输出脉冲宽度控制就可改变输出电压的大小，大大加快了逆变器的动态响应速。

2.2 SPWM控制的发展前景

近年来，随着逆变电源在各行各业应用的日益广泛，采用正弦脉宽调制(SPWM)技术控制逆变电源提高整个系统的控制效果是人们不断探索的问题。对SPWM的控制有多种实现方法，其一是采用模拟电路、数字电路等硬件电路产生SPWM波形，该方法波形稳定准确，但电路复杂、体积庞大、不能进行自动调节；其二是借助单片机、DSP等微控制器来实现SPWM的数字控制方法，由于其内部集成了多个控制电路，如PWM电路、可编程计数器阵列(PCA)等，使得这种方法具有控制电路简单、运行速度快、抗干扰性强等优点。

2.3本章小结

本章就实验的SPWM控制原理利用等效波形图进行了简单的阐述，同时对SPWM控制的前景进行一定得介绍。

硬件电路的设计 硬件电路的设计

3.1SG3525介绍

随着电能技术的发展，功率MOSFET在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司推出SG3525。SG3525是用于驱动N沟道功率MOSFET，其产品一推出就受到广泛好评。SG3525系列PWM控制器分军品、工业品、民品三个等级方面。下面对SG3525特点、引脚功能、电器参数、工作原理以及典型应用进行介绍。

（1）PWM控制芯片SG3525功能简介

SG3525是电流控制性型PWM控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照反馈电流表调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差信号放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统。因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。

（2）SG3525内部结构和工作特性

反相输入同相输入同步端同步输出CTRT软电端软启动

图3-1 SG3525引脚图

1234567816***09URefUCC输出BUC接地输出A封锁端补偿端

***15.1V基准振荡器欠压锁定输出AF/F1457x1x2x3S* / *u1RQ输出B1285.0K105.0K图3-2 SG3525结构方框图

1.相输入端(引脚1):误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80dB，其大小由反馈或输出负载而定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器的共模输入电压范围为1.5~5.2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较。

2.相输入端(引脚2):此端通常接到基准电压引脚16的分压电阻上，取得2.5V的基准比较电压与引脚1的取样电压相比较。

3.步端(引脚3):为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的振荡频率，可以分别与它们的引脚4相副脚3相连，这时所有芯片的工作频率以最快的芯片工作频率同步;也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。4.步输出端(引脚4):同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。5.振荡电容端(引脚5):振荡电容一端接至引脚5，另一端直接接至地端。6.振荡电阻端(引脚6):振荡电阻一端接至引脚6，另一端直接接至地端。7.放电端(引脚7):Ct的放电由5、7两端的死区电阻决定。

8.软起动(引脚8):比较器的反相端，即软起动器控制端(引脚8)，引脚8可外接软起动电容。

9.补偿端(引脚9):在误差放大器输出端引脚9与误差放大器反相输入端引脚1间接电阻与电容，构成PI调节器，补偿系统的幅频、相频响应特性。10.锁端(引脚10):引脚10为PWM锁存器的一个输入端，一般在该端接入过流检测信号。

硬件电路的设计

11.冲输出端(引脚

11、引脚14):输出末级采用推挽输出电路，驱动场效应功率管时关断速度更快。

12.地端(引脚12):该芯片上的所有电压都是相对于引脚12而言，既是功率地也是信号地。

13.挽输出电路电压输入端屿1脚13):作为推挽输出级的电压源，提高输出级输出功率。

14.片电源端(引脚15):直流电源从引脚15引人分为两路:一路作为内部逻辑和模拟电路的工作电压;另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生5.1V土1的内部基准电压。

15.准电压端(引脚16):基准电压端引脚16的电压由内部控制在5.1V土1。可以分压后作为误差放大器的参考电压（3)SG3525脉宽调制器的特点

1.工作电压范围宽:8~35V。

2.5.1V士1%微调基准电源。

3.振汤器上作频率泡围觅:l00~400kHz。

4.具有振荡器外部同步功能。

5.死区时间可调。

6.内置软起动电路。

7.具有输入欠电压锁定功能。

8.具有PWM锁存功能，禁止多脉冲。

9.逐个脉冲关断。

10.双路输出(灌电流啦电流):500mA(峰值)。

3.2 文氏电桥振荡电路

硬件电路由三部分组成如图3-3 正弦波信号发生器SG3525逆变 图3-3 硬件电路组成图

正弦波发生器由两部分组成。前半部分为RC串并联型正弦波振荡器，后半部分为移位电路，最终将正弦波信号加在SG3525的输入管脚。图3-4为设计所选正弦信号发生装置的电路图

-12V10KRP15.1KR710KRP2R2R310KR10C3r810K10K00010K000104R6RP300R100R533kR9c2104104C1R433k文氏电桥振荡电路移位电路 图3-4 正弦波信号发生器

如图3-4所示，电阻R6左边是由Ua741和文氏电桥反馈网络组成的正弦波震荡电路。R4、C1与R5、C2组成文氏电桥的两臂，由他们组成正反馈的选频网络；文氏电桥的另外两臂由R1及R2、R3、RP1组成，是Ua741的负反馈网络，它们与集成运放一起组成振荡电路的放大环节。整个震荡条件主要由这两个反馈网络的参数决定。

振荡电路为RC串并联的选频网络，其振荡频率可由f=1/2*pi*RC计算。为使文氏电桥振荡电路满足起振条件，必须要求A≥3即R1≥2R2，即是在本电路忠的R2+R3+RP2≥2R1。因此，在运放的线性区间内电路不可能满足恒幅度平衡条件，只有当运放进入非线性区后，电路才能满足幅度平衡条件，因而输出电压信号将会产生非线性失真。为了减小非线性失真，应使电路的放大倍数A尽可能接近3.但是这样将使振荡电路起振调钱的裕度很小，当电路工作条件稍有变化时就有可能不起振。如果放大电路的负反馈网络采用非线性元件，它能够在输出信号较小时确保A足够大使电路容易起振；并且随着输出信号逐渐增大A能逐渐变小，也能够在运放进入非线性以前使电路满足幅度平衡条件，这样就可以获得即稳定而又不失真的正弦波输出信号。

本电路中加入了两个二极管进行稳幅，它是利用二极管的非线性自动调节负反馈的强弱来维持输出电压的恒定。如果起振A﹥3，则振幅将逐渐增大，在振荡过程中VD1、VD2将交替导通和截止，总有一个处于正向导通状态的二极管与12

硬件电路的设计

电阻并联，由于二级管正向电阻随电压增加而下降，因此负反馈随振幅上升而增强，也就是说A随振幅增大而下降，直至满足振幅平衡条件为止，并维持一定得振幅输出。因此调节RP1可以改变振荡的幅值以获得最小失真。总的来说，使用二极管做稳幅电路简单又经济，虽然波形失真可能较大，但适用于这种要求不高的场合。

文氏电桥正弦波振荡电路可以很方便的改变振荡频率，频率的调节范围也很广，目前许多的振荡电路都采用这种形式的电路。另外，RC正弦波振荡电路的振荡频率与RC的乘积成反比，如果希望加入它的振荡频率，势必减小R和C的取值。然而减小R将使放大电路的负载加重，减小C也不能超过一定限度，否则振荡频率将受寄生电容的影响而不稳定。此外，普通集成运放的带宽较窄，也限定了振荡频率的提高。因此，有集成运放组成的RC正弦波振荡电路的振荡频率一般不超过1MHz,本电路输出正弦波频率为50Hz，在要求范围之内，所以选取RC正弦波振荡电路是可行的。

3.3移位电路分析

SG3525芯片振荡产生锯齿波，锯齿波的顶点约为3.3V，谷点约为0.9V。正弦信号发生器产生的正弦波需与SG3525产生的锯齿波进行比较，所以要将正弦波位移至相应位置。

图3-4中，包括R6以内右边的电路为位移电路，电阻R6与变阻器RP3先使前半部分输出的正弦信号的幅值降低，调节RP3使其变化至需要的幅值范围内然后输出。

电阻R7、R8和变阻RP2的作用是使正弦信号位移，调节RP2使正弦波位移至电路所需位置。其后是一个带负反馈的运算放大器电路。而且上面有个电容，表示对某频率段有较大的负反馈作用。运算放大器同相输入端电位为零，根据电路虚短的原理其反相输入端的电位也为零，所以当输入电压小于零的时候运放才有输出波形。

3.4 逆变电路的工作原理分析

逆变电路的主要功能是将直流电逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。本论文所选的逆变电路如图3-5所示，Ud=15为直流输入电压，当开关使VT1导通，VT2截止时，逆变器输出电压U0=Ud；当开关使VT2导通，VT1截止时，逆变器输出电压U0=-Ud。当以频率fs交替切换VT1和VT2时，则在输出上获得如图3-6所示的交变电压波形，其周期Ts=1/fs，这样，就将直流电压Ud变成的交流电压U0。U0含有各次谐波，论文是想得到正弦波电压，则可通过LC滤波器滤波获得。

13-15vLR2R33K正弦波信号发生器159RP3Kvt1N11N2N12133KR4vt2C882C615.6KR1102C1SG3525510111214C2R57103

图3-5 SPWM逆变电路

UoUdOY 轴X 轴Tst-Ud

图3-6交变电压波形

3.5 本章小结

本章对于单相SPWM逆变电源的设计进行了介绍，技术指标和电路参数结合设计电路图进行了详细的解释与计算，同时对驱动芯片SG3525做了一定的介绍，主要介绍了单相正弦波SPWM逆变电源的电路以及工作原理。

系统的检测与分析 系统的检测与分析

4.1正弦发生器部分的调试

测试结果如下：表4-1为文氏振荡电路电位器RP1和输出电压Uo的关系。

表4-1输出电压和电位器RP1的关系

运行过程中振荡产生的正弦波和位移后的正弦波如图4—

1、4—2所示，正弦波的起振幅值为3V，起振时RP1为1.74K。最大不失真幅值为6V，RP1为5.20K。

脉宽调制SG3525的振荡器产生的锯齿波顶点约为3.3V，谷点约为0.9V。位移后的正弦波应调节至与其相近。最后RP3的调节值为5.28K，RP2的调节值为2.03K。RP1(K)Uo(V)1.32.741.743.093.84.375.206.03

图4-1文氏振荡电路波形

图4-2移位电路波形

4.2逆变部分及整体运行结果

由波形发生器产生一50Hz、幅度可变的正弦波，送人SG3525的第9端，和SG3525的第5脚（锯齿波）比较后，输出经调制（调制频率约为10kHz）的SPWM波形，经过到相器反相后，得到两路互为反相的PWM驱动信号，分别驱动功率场效应管VT1、VT2，使VT1、VT2交替导通，从而在高频变压器的副边得到一SPWM波形，经过LC滤波后，得到一50Hz的正弦波，幅度可通过电位器RP进行改变。波形如下图4—3所示。表4—2为逆变电路中电位器RP和输出电压Uo的关系。

表4-2输出电压和电位器RP的关系

RP(K)Uo(V)

4.366.835.757.587.359.329.4810.53SG3525芯片5号管脚的锯齿波波形如图4—3所示

图4-3 5号管脚锯齿波波形

SG3525芯片13号管脚输出的正弦波脉宽调制信号波形如图4—4所示

系统的检测与分析

图4—4 脉宽调制正弦波波形

输出的单相正弦波逆变电源信号波形如图4—5所示

图4-5输出的正弦波逆变电源信号波形

工作照如图4-6所示

图4-6 工作照

结论与展望

5结论与展望

通过本篇论文的设计，使我们对单相正弦波SPWM逆变电源的工作原理有了比较深入的理解，掌握了利用SG3525设计单相正弦波SPWM逆变电源概念、工作波形等内部构造及其工作原理。利用SG3525设计出来的单相正弦波SPWM逆变电源具有线路简单，调试方便，功能完备。输出的交流电源谐波干扰小、电磁兼容性好。

本论文设计的单相正弦波SPWM逆变电源经过实验、调试及验证，足以证明设计的正确性和可行性。

但是由于能力有限，本论文的设计只是通过简单的运算得出参数，进而通过电路连接和示波器显示的波形来验证，并没有做出实际的东西来，而且只是设计了一种方案就进行了实验，并没有其他更多的设计方案和电路来进行比较，这是比较遗憾的。

致谢

致谢

本论文的研究工作是在指导老师李瑞程的悉心指导下努力完成的。在老师的关心和指导下，使我能够从毕业设计的选题一直到论文的撰写顺利的完成整个课题的要求。在此期间，这些过程让我培养了很好的自学能力，以及独自处理问题的能力，让我明白，我要积极地面对困难并且克服困难。这些不管是对我往后的生活还是工作，都将是受益匪浅。在此，致上我最崇高的敬意以及感激之情。感谢学校的培育之恩，感谢学院提供良好的实验场所和实验设备。学校老师的谆谆教导，学校浓厚的学习氛围，学校同学的团结互助，帮助我顺利完成学业。在此，我衷心祝愿我们城市学院能够越办越好。

参考文献

参考文献

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