【正文】 串接電阻 R 的功率確定 W=Vp178。 104 小時。 4． 動態(tài)性能好：響應(yīng)時間小于 lms。第三種為在 IGBT元件內(nèi)部設(shè)置電流傳感器，以檢測與主電流成正比的電流傳感器信號，此類元件為最新型的智能型功率元器件，目前應(yīng)用較少。吸收電容與 IGBT間的引線應(yīng)盡量短； 178。吸收電容通過二極管充電，通過電阻放電，因為有電阻的阻尼，故能消除電容放電造成的電流振蕩。這種開關(guān)浪涌電壓如果超過 IGBT的安全保護(hù)區(qū)域，就會使 IGBT損壞。通常的保護(hù)措施主要有 :過壓保護(hù)、過流保護(hù)和過熱保護(hù)。為避免這種狀態(tài)，可根據(jù)最大峰值電流不發(fā)生栓鎖效應(yīng)的最大電流對應(yīng)的柵極發(fā)射極電壓 UGEM設(shè)計柵極驅(qū)動電壓 UGE，使 UGEUm。 集電極額定電流 Ic:IGBT 在導(dǎo)通時能流過管子的持續(xù)最大電流。 IGBT的開關(guān)速度要比功率 MOSFET 的低，但要比 BJT 的快， IGBT 的關(guān)斷存儲時間和電流下降時間分別為 0. 2 ～ 0. 4 m s 和 0. 2～ 1. 5ms。 改變斬波周期 T，同時保持導(dǎo)通時間 ton 不變或關(guān)斷時間 toff 不變，這種方式稱脈沖頻率調(diào)制 (PFM)，見圖 46，這種系統(tǒng)要求頻率必 須在寬范圍內(nèi)改變，以滿足輸出電壓的要求。 斬 波電路 由上一節(jié)直 流穩(wěn)定電源產(chǎn)生的直流電不能滿足我們的需要，因為該電壓的頻率是固定的 :要實現(xiàn)我們變脈寬、變壓的目的，需要一種新的變換形式，斬波變換，如圖 44( a)所示。 參考有關(guān)資料得到這樣一個經(jīng)驗公式： 24 Po*Li=15 (45) 例如 Po=30kW，對應(yīng)的 Li=。＜ a ＜ 60176。從圖中可以看出，當(dāng) 0176。時 ,Ud 為最小值。 α 90176。在ω t6～ω t7 期間 ,T5 和 T6 導(dǎo)通 ,負(fù)載上得到 Ucb。在ω t1～ω t2期間 ,A相電壓為正最大值 ,在ω t1時刻觸發(fā) T1,則 T1導(dǎo)通 ,T5因承受反壓而關(guān)斷。工作電流小、檢測精度高等優(yōu)點，已成為當(dāng)今電力電子設(shè)備中常用的檢測元件。 = 電流通量取 3KA 故選 MY31220/3 直流側(cè)過電壓保護(hù) U1MA≥ (～ 2 ) (321) 式中 UDC—— 正常工作時加在壓敏電阻兩端的直流電壓（ V）。 179。 18 表 32 變壓器和阻容裝置不同接法時電阻和電容的數(shù)值 變壓器接法 單相 三相、二次 Y聯(lián)結(jié) 三相、二次 D聯(lián)結(jié) 阻容裝置接法 與變壓器二次測并聯(lián) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) Y聯(lián)結(jié) D聯(lián)結(jié) 電容 C C C/3 3C C 電阻 R R 3R R/3 C1≥ (6179。 50= 3 變壓器的容量計算 S1=m1U1I1 (314) S2=m2U2I2 (315) S=(S1+S2)/2 (316) 式中 m m2 — 一次側(cè)、二次側(cè)繞組的相數(shù) 取 m1=m2=3 S1=3179。 直流基壓電路的計算 整 流二極管的計算 表 3－ 1 三相不可控整流電路主要參數(shù) 電路形式 輸 出 直 流 電壓 輸 出 直 流 電流 二 極 管 承 受最 大 反 向 電壓 通 過 每 只 二極 管 平 均 電流 三相半波 三相橋式 雙向星形 (新編電氣工程師使用手冊（下冊） 中國水利水電出版社 ) UDM==209V ID(AV)=Io/3=50/3=17A 故 VD 取快恢復(fù)二極管 PFR— 104 整 流變壓器的計算 U1=380V,Ud=200V 1 U2電壓的計算 U2=(1～ )Ud/(Aε B) (311) A—— 理想情況下，α＝ 0176。所以，在這里我們用了圖 3－ 1的結(jié)構(gòu)。其一是把電感放在直流側(cè)，如圖 32所示。 圖 33 為三相不可控整流濾波電路的輸出波形圖。介于 id 連續(xù)與斷續(xù)的臨界情況是， VD6 和 VD1 同時尋通的階段與 VD1 和 VD2；同時導(dǎo)通的階段在ω t 十δ＝ 2π /3 處恰好銜接起來 ,id 恰好連續(xù)。設(shè)二極管在距線電壓過零點 s角處開始導(dǎo)通，并以二極管 VD6 和 VD1 開始導(dǎo)通的時刻為時間零點，則線電壓為 2 6 2 sin ( )u l U t???? （ 31） L1L2L3CiidVD1 VD3 VD5VD4 VD6 VD2 在 Wt=0 時，二極管 VD6 和 VD1 開始同時導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于 Uuv。整個水路和電路走線布局緊密配合，結(jié)構(gòu)很巧妙。脈動的直流電對電解凈水機(jī)來說是不穩(wěn)定的 ,無法滿足設(shè)計的要求。絕緣柵雙極性晶體管綜合了 GTR和 MOSFET的特點，將 MOSFET. GTR的優(yōu)點集于一身，具有輸入阻抗高、速度快、熱穩(wěn)定性好，且驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小等特點，同時具有穩(wěn)態(tài)壓降小、耐壓高及承受電流大等優(yōu)點，因而具有良好的特性。在升降壓變換電路中 ,隨著開關(guān) S的通斷 ,能量首先儲存在電感 L中 ,然后再由電感向負(fù)載釋放。 L、 C為濾波電感和電容 ,組成低通濾波器 ,R為負(fù)載。其開關(guān)頻率高 ,變換效率也高。當(dāng)直流用于電子設(shè)備的電源時，會引起諧波干擾。到 30176。 (3)輸出整流電壓 Ud一周期脈動 6次，每次脈動的波形都一樣。 系統(tǒng)方框圖 根據(jù)設(shè)計題目的具體要求 ,以及對相關(guān)方面資料的參考 ,電解凈水用脈沖電源系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如下所示 : 由此可見 ,脈沖電源主要由三部分構(gòu)成： 整流 單 片機(jī) 圖 21 系 統(tǒng)方框圖電壓檢測 負(fù)載 斬波 濾波 系統(tǒng)各部分設(shè)計方案的確定 整 流變壓器的選擇 輸入電壓三相交流 380V，并且變壓器副邊給兩路電源供電，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相三繞組變壓器。設(shè)計的關(guān)鍵是分別設(shè)計出能滿足技術(shù)指標(biāo)的低壓直流電源與高壓脈沖電源 ,并且選用適當(dāng)?shù)脑⑦@兩個電源連接起來（串聯(lián)或并聯(lián)）。 概述 與系統(tǒng)直流電源相比，脈沖電源就是其輸出直流波形、頻率、占空比和平均電流密度等參數(shù)均可根據(jù)電鍍需要設(shè)定的直流電源，其特點可概括為 : (1)頻率 f、占空比 (D)可調(diào)； (2)波形特殊 (例如方波等 )。因而要使其達(dá)到一定的處理效果，則必須增大電流強(qiáng)度。 IGBT的高工作頻率可以使隔離變壓器體積大大減小，同時可以提高脈沖輸出的頻率。按照輸出特性的不同，可以將脈沖電源分為能量密度型、時間間隔型和組合型三類。但隨之而來的是，廢水處理單位的電流消耗極大，耗陽極的鐵量也很大，且設(shè)備復(fù)雜、繁大，因而人們普遍認(rèn)為電解法不合算。電解電源從起初的直流發(fā)動機(jī)發(fā)展到二極管整流器，再到現(xiàn)今被人們廣泛用的晶閘管整流器，在技術(shù)上和品質(zhì)上有了很大提高，但還存在著很多缺點： 1) 設(shè)備過于笨重復(fù)雜； 2) 效率低、功耗大； 3) 提供的直流電源品質(zhì)不高，紋波大。最初的電解凈水機(jī)采用直流電源進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，其總電壓通用由實驗方法獲得的電凝聚槽電壓與電極通用上電流密度的關(guān)系來確定的。 1000V 200V U t t on T圖1 脈 沖電源波形圖 脈沖電源發(fā)展動態(tài) 電源的形式和用途有多種，其主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括 :脈沖電鍍、極性相和非極性相的相分離、工業(yè)廢氣處理、脈沖電解污水 處理、高頻脈沖感應(yīng)加熱、高功率激光泵、產(chǎn)生高功率帶電粒子束、電弧焊接、電火花加工、靜電除塵、臭氧的制取和表面熱處理等。如果增加輸入隔離變壓器，由于電源功率太大，使得變壓器的體積巨大。在傳統(tǒng)脈沖電源的基礎(chǔ)上疊加一小整流電源。因此，將其應(yīng)用于電解凈水機(jī)，可進(jìn)行一步大幅度調(diào) 節(jié)脈寬，且其脈沖幅值不變，并且能使反應(yīng)按所需的方向進(jìn)行，從而達(dá)到一定的處理效果，使電解凈水機(jī)的電耗，鐵耗盡可能減少， 它們適應(yīng)不同領(lǐng)域的要求。在以往 ,應(yīng)用可控硅作為功率元件去獲 得大功率脈沖 ,主要有兩種方法 :第一種是單電源法；第二種是雙電源法。合適的開關(guān)元件能形成脈沖電壓。共陰極組 VT1, VT3, VT5的脈沖依次差 120176。另一種方法是在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給序號緊前的一個晶閘管補(bǔ)發(fā) 脈沖。 由于我們要研制的直流脈沖電源輸出電壓 1000VDC,輸出電流 50A,輸出功率 50KW，且要求輸出脈沖電壓連續(xù)可調(diào)，電壓穩(wěn)定，為在大的占空比輸出進(jìn)行電解凈水時，保證較小的電耗與鐵耗，以及考慮以上優(yōu)點，經(jīng)過認(rèn)真分析，對于脈沖電源確定選用三 相全控方式產(chǎn)生直流脈沖電源所需的直流電源是很合理的。 斬 波電路的選擇 能將直流電變成另一固定電壓或大小可調(diào)的直流電壓的變換電路稱為直流變換電路。降壓型變換電路的基本形式如圖 2－ 2所示。圖中 S為全控型電力器件組成的開關(guān) ,D是快恢復(fù)二極管。 GTR和 GTO是雙極性電路驅(qū)動器件，由于具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以其通流能力很強(qiáng)，但開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜。由第二章我們知道，三相整流電路選用三相不可控整流電路 ,平波濾波器則選用 LC濾波。平波電抗器和變壓器中也有水管，通冷水帶走電流產(chǎn)生的熱量。該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。由于電容措 C 反復(fù)進(jìn)行充放電，負(fù)載電壓中紋波成分較小，平滑性好且平均值增大。對于一個確定的裝置來講，通常只有 R 是可變的。所以采用元件與快速熔斷器串聯(lián)來吸收過電壓。圖 31與之相比，最大得優(yōu)勢就是只使用一只電感，無 論在結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，還是成本上都要低得多。 本設(shè)計中，濾波電容 Ci參數(shù) Udm=UL+U1=200+％ = 耐壓 Uc=～ ==221V，取 Uc=250V 由公式 (39) 得 輸出功率 Po=10KW,Li= 由公式 (310)得 電容 Ci=2050μ f，取 Ci＝ 2200μν 所以濾波電容為 2200μ f/250V， CJ10。 )= 電壓比 K＝ U1/U2=380/=\ 2 二次相電流與一次相電流 I2,I1的計算 I1= KI1Id/K (312) I2=KI2Id (313) KI1= KI2= 17 I1=179。 A 的變壓器，對應(yīng)的Iem=10～ 4； Ush—— 變壓氣的短路比， 10～ 1000KV178。 2() 310630?179。 2 U (320) 式中 U—— 壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值。系統(tǒng)原理圖如圖 4－ 1所示： 整流電壓形成部分，擬采用電壓閉環(huán)系統(tǒng)，主電路采用模塊裝置，減少了設(shè)計工作量，提高了系統(tǒng)的可靠性，只要設(shè)計合適的控制參數(shù)，就能提供穩(wěn)定的整流電壓，控制電路采用比例積分 (PI)調(diào)節(jié)器，使得系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)更優(yōu)。 )在ω tω tω t5 時刻 ,分別觸發(fā) T T T5 晶閘管 ,同理可知共陽極組的自然換流點 (α =0176。此時 T2和 T3 同時導(dǎo)通 ,負(fù)載上得到 B、 C 線電壓 Ubc。當(dāng)α≤ 60176?！堞痢?90176。 Ud1為相電壓波形， Ud2為線電壓波形。當(dāng) a =120176。其作用為 :①整流輸出濾波；②形成低內(nèi)阻直流電壓源。 平波電抗器 Li參數(shù) 電感 Ii＝ 通過電流 I=50A 所以平波電抗器為 LG2。產(chǎn)生周期性脈沖的電路有多種形式，但使用最多的還是脈沖寬度調(diào)制 PWM。為此，決定選用 IGBT 作為開關(guān)器件，以單片機(jī)作為控制電路設(shè)計流脈沖電源是合理的。 IGBT 的主要參數(shù) 對于 IGBT 的應(yīng)用者來說，最為關(guān)心的是如下幾個主要參數(shù) : 集電極一發(fā)射極額定電壓 Uces:柵極與發(fā)射極短路時工 GBT 能承受的耐壓值 ,不同等級的器件有不同值 Uces。 因此為在關(guān)斷時加大安全工作區(qū)，電路設(shè)計時，驅(qū)動電路盡量靠近 IGBT的柵極，以縮短驅(qū)動電路到 IGBT 的柵射極的引線 。另外， IGBT在柵漏之間的寄生電容CGE和柵源之間的寄生電容 CCE在全橋電路中，過