逆变器设计论文.docx
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逆变器设计论文
沈航北方科技学院
课程设计任务书
教学部工学一部专业电子信息工程
课程设计题目逆变器设计
班级学号姓名
课程设计时间:
2013年11月4日至2013年11月29日
课程设计的内容及要求：
（一）进度安排
根据题目及基本要求（技术指标）查阅相关资料和书籍，确定初步的解决方案。
（至少两个方案，4天）
选择其中的一个方案，上机进行电路仿真和调试（使用Multisim）。
仿真过程中用到的仪器、调试方法、排故过程及技术指标的测量要做记录，最终写到报告中（12天）。
报告要求：
报告应独立完成，内容不得雷同。
报告正文按目录标题书写，其他内容见格式说明（4天）。
（二）基本要求
输入直流15V，输出交流220V，输出交流电流2A。
电路要有输出稳压和过流保护功能。
（三）主要参考书
《低频电子线路》张肃文高等教育出版社
《电子线路集》人民邮电出版社
《数字电路》
（四）评语
（五）成绩
指导教师年月日
负责教师年月日
摘要
逆变器（Inverter）是把直流电能（电池、蓄电瓶）转变成交流电（一般为220v或380V50HZ正弦或方波）。
应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220v交流的逆变电源。
目前，逆变电源在我国的航天航空，武器装备，邮电通信，金融，交通，工业，消防，和新能源的利用等领域已得到广泛的应用。
同时，逆变电源技术近几年也得到飞速发展，由原来的逆变器-工频变压器-滤波器模式，变为目前的逆变器-高频变压器-滤波器模式，使得效率得到很大提高，体积和重量也得到了大幅度减小，这些又极大地促进了逆变电源的应用。
本次课程设计是使用Multisim软件进行上机进行电路仿真和调试。
要求输入直流15V，输出交流220V，输出交流电流2A。
电路要有输出稳压和过流保护功能。
并且记录仿真过程中用到的仪器、调试方法、排故过程及技术指标。
关键词：
逆变器；Multisim软件；输入直流输出交流；仿真记录；
目录
1、方案选择1
1.1方案一：
1
1.2方案二：
1
2、工作原理与参数计算2
2.1电路的基本构成2
2.2电路的工作原理5
3、电路调试与排故5
3.1总电路图5
3.2单元电路测试6
3.2.1555多谐振荡器测试6
3.2.2D触发器测试7
3.2.3示波器的测试7
3.3测量结果8
3.3.1输出电压测量结果8
3.3.2输出电流测量结果9
3.3.3输出频率测量结果9
4、结论10
参考文献11
主要元器件参数11
1、方案选择
1.1方案一：
方案一是一款较为容易制作的逆变器电路图，可以将12V直流电源电压逆变为220V市电电压，电路由BG2和BG3组成的多谐振荡器推动，再通过BG1和BG2驱动，来控制BG6和BG7工作。
其中振荡电路由BG5与DW组的稳压电源供电，这样可以使输出频率比较稳定。
在制作时，变压器可选有常用双12V输出的市电变压器。
可根据需要，选择适当的12V蓄电池容量。
如图1.1所示。
图1.1方案一电路图
1.2方案二：
方案二是电路由直流电压输入15V，采用555集成芯片构成多谐振荡器来推动电路，用D触发器来进行分频，再由逆变电路进行逆变，通过Q2和Q3两个三极管的导通和截止来控制电路工作以及保护电路。
这样此电路就可以将直流电源电压逆变为交流的220V市电电压。
如图1.2所示。
图1.2方案二电路图
综合以上两个方案，由于方案二操作比较简便，直接采用555集成芯片构成多谐振荡器来推动电路所以最终选择方案二来进行multisim仿真。
是输入15V的直流电压，在逆变后输出为220V的交流电压。
2、工作原理与参数计算
2.1电路的基本构成
此电路由555多谐振荡器，D触发器，晶体管，还有变压器组成。
下面分别介绍各部分的功能。
1．555多谐振荡器
图2.1555多谐振荡器
555集成芯片的各个引脚功能如下：
1脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：
低触发端
3脚：
输出端Vo
4脚：
是直接清零端。
当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：
TH高触发端。
7脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
如图2.1所示。
在本实验中用555集成芯片构成多谐振荡器，其中电容C1=C2=10nF（纳法）两个电阻R1=278K，R2=556K欧姆。
此时在电路的输出端就得到了一个周期性的矩形波，其振荡频率为：
f=1/[（R1+2R2）C] （2-1）
由公式（2-1）代入R1，R2和C的值得，f≈100Hz。
即其输出频率为100Hz的矩形波信号产生方波，电压为15V。
2.晶体三极管元件
晶体三极管：
晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
本电路中运用的是NPN结。
在电路图中有两个三极管，当三极管Q2导通时，Q3截止，当三极管Q3导通时，Q2截止。
如图2.2所示
图2.2晶体三极管
3.变压器
变压器：
是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈和铁心（磁芯）。
在电器设备和无线电路中，变压器常用作升降电压、匹配阻抗、安全隔离等。
本实验是将输入直流电压，通过变压器转换成交流的电压，以此来达到实验要求。
如图2.3所示
图2-3变压器
4.D触发器
D触发器：
电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
本实验采用D触发器的作用是用来进行分频,将555多谐振荡器输出的频率进行分频，使输出频率为50Hz。
如图2.4所示
图2.4D触发器
2.2电路的工作原理
本实验采用逆变器电路，产生差频信号，输入直流电压，输出为交流电压。
直流电可以通过震荡电路变为交流电，得到的交流电再通过线圈升压（这时得到的是方形波的交流电）。
用一块555芯片产生50KHz的脉冲频率，经过变压器推挽电路将12V直流转换成220V/50KHz的交流电。
对得到的交流电进行整流得到正弦波。
采用此电路，相互干扰产生牵引现象的可能性小。
同时，对于本振电压来说是共基电路，其输入阻抗小，使本振负重较重，虽不易起振但也不易过激，因此振荡波形好，失真小。
3、电路调试与排故
3.1总电路图
通过对每一部分电路图的整合，构成整体电图。
如图3.1所示。
图3.1总电路图
3.2单元电路测试
3.2.1555多谐振荡器测试
通过电路仿真，555电路能够输出方波，起到振荡器的作用。
如图3.2所示。
图3.2555电路输出波形图
3.2.2D触发器测试
通过电路仿真，D触发器电路能够输出不失真方波，起到二分频的作用，改变555电路的输出频率，使之达到任务要求的50Hz。
如图3.3所示。
图3.3D触发器电路输出波形图
3.2.3示波器的测试
通过电路仿真，该逆变器输出方波稳定，图中上方的波形为555多谐振荡器输出的波形图，下方的波形为D触发器输出的波形图。
如图3.4所示。
图3.4逆变器电路测试
3.3测量结果
3.3.1输出电压测量结果
仿真运行后，双击万用表，此时测得输出电压交流，电压值为220V。
如图3.5所示。
图3.5逆变器输出电压
3.3.2输出电流测量结果
双击万用表，在输出的交流电压为220V时，此时的电流为交流，电流值为2A。
如图3.6所示。
图3.6逆变器输出电流
3.3.3输出频率测量结果
仿真运行后，双击频率计，测得的频率为50Hz，如图3.7所示。
此时的频率为D触发器分频后所得的测量值。
图3.7逆变器输出电流
4、结论
这次的课程设计让我收获很多，首先让我知道了如何使用Multisim软件的使用，刚开始对于软件的安装让我无从下手，后来通过同学的帮助，把软件顺利地安装在电脑里面，接下来就开始了我的课程设计。
刚打开Multisim软件的时候，就看到好多器件和仪器，根据电路图把各个元器件连接起来，由于对元器件在软件中的位置不了解，所以在找元器件方面花费了一些时间，后来对元器件都熟悉了，很快地就把电路图连接起来了。
第一次连好电路图后运行了一次，发现图形出不来，然后自己进行了检查，发现有的元器件之间的连线有结点而有的元器件之间的连线没有结点，而我所连的电路图有多余的结点，在我改正之后，我又进行了第二次运行，结果只出了一部分图，然后又进行了修改，发现了有的元器件很相似但是不是我所要用的元器件，更改后进行了第三次运行，结果还是不让人满意，索性我就把软件关闭了，重新画一次电路图。
这次我吸取了前三次的经验，认认真真，仔仔细细的连接了电路图，终于在运行的时候得到了我满意的图形。
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关通信电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
参考文献
[1]《低频电子线路》张肃文高等教育出版社
[2]《电子技术基础数字部分》康华光高等教育出版社
[3]《电子技术基础》康华光高等教育出版社
[4]《低频电子线路》张肃文高等教育出版社
[5]《电子线路集》人民邮电出版社
[6]《数字电路》
主要元器件参数
元器件
型号
元器件参数
集成芯片
（555-VIRTUAL）
A
电源电压：
0~18V
允许功耗：
600Mw
工作温度：
-10~+70℃
储存温度：
-65~+150℃
触发器
（4013BP-15V）
U1A
电压范围3~18V
三极管
（TIP41A,TIP412A）
Q2,Q3
晶体管类型：
NPN
集电极最大电流：
6A
击穿最大电压：
40V
集电极截止电流：
400µA
电流增益（hFE）:
30~75
最大功率：
2W
转换频率:
3MHz
变压器
（TS-POWER-10-TO-1）
T1
工作频率：
50/60Hz
绝缘电阻：
≥100MΩ
温升限值：
铁芯不超过80K
线圈温升不超
80K
冷却方式：
空气自冷
最高环境温度不大于+40℃
空气相对湿度不大于95%
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