【文章內容簡介】 IO 全波整流、電容濾波 * O 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 9 橋式整流、電容濾波 * O 橋式整流、電感濾波 *使用條件： DC/AC 逆變 開關電源中的一個重要的能量轉換環(huán)節(jié)是把工頻整流后得到的直流電由電子開關變換成負載需要的交流電。逆變器是將直流電變換成交流電的變換器。本設計是將 整流濾波后的直流電直接接到交流負載。所以本設計采用的是無源逆變，且直流邊電壓無脈動能輸出穩(wěn)定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設計的需求。 元器件的選擇 絕緣門極晶體管 IGBT 的介紹 IGBT 也是三端器件，它的三個極為漏極、柵極和源極。有時也將 IGBT 的漏極稱為集電極，源極稱為發(fā)射極?？梢?， IGBT 是以 GTR 為主導器件， MOSFET 為驅動器件的復合管， 圖 36所 示為 IGBT 的外形圖。 絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的圖形符號 N 溝道 P 溝道 圖 36 IGBT 外形圖 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 10 它的三個電極分別為門 極 G、集電極 C、發(fā)射極 E。 絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的特點： 這種器件的特點是集 MOSFET 與 GTR 的優(yōu)點于一身。 ，速度快，熱穩(wěn)定性好。 ，耐壓高，電流大。 MOSFET 大，芯片面積只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET 略低 IGBT 模塊達到 12001800A/18003300V 的水平（參考）。 （ 370600V），可達到 150180KHz。 絕緣柵雙極晶體管的 主要 參數(shù)與特性： （ 1） 轉移特性 （ 2）輸出特性 它的三個區(qū)分別為： 靠近橫軸：正向阻斷區(qū)，管子處于截止狀態(tài)。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 11 爬坡區(qū)：飽和區(qū)，隨著負載電流 Ic 變化， UCE 基本不變，即所謂飽和 狀態(tài)。 水平段：有源區(qū)。 （ 3）開關損耗： 常溫下， IGBT 和 MOSFET 的關斷損耗差不多。 MOSFET 開關損耗與溫度關系不大，但 IGBT 每增加 100 度，損耗增加 2 倍。 開通損耗 IGBT 平均比 MOSFET 略小，而且二者都對溫度比較敏感，且呈正溫度系數(shù)。兩種器件的開關損耗和電流相關，電流越大，損耗越高。 電路分析 本論文采用的電路設計及逆變得到的波形圖如圖所示 ： : 1）直流側并聯(lián)大電容，直流電壓基本無脈動。 2) 輸出電壓為矩形波，電流波形與負載有關。 3） 電感性負載時，需要提供無功功率。為了有無功功率通道，逆變橋臂需要并聯(lián)二極管。 2原理分析與特性： 1） 同單相半橋逆變電路相比，在相同負載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的 幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。 2）電感負載時 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 12 0≤ t＜ sT ／ 4， sT /2≤ t≤ 3 sT ／ 4 期間， 1D 、 4D 導通起負載電流續(xù)流作 用，在此期間 1T 、 4T 均不導通。 22somod TILdtdiLU ?? 3）阻感負載 RL 時 0≤θ≤ω t 期間， 1T 和 4T 有驅動信號，電流 Oi 為負值， 1T 和 4T 不導通， 1D 、 4D 導通起負載電流續(xù)流作用， 0u =+ dU 。 θ≤ω t≤π期間， Oi 為正值， 1T 和 4T 才導通。 π≤ω t≤π +θ期間， 2T 和 3T 有驅動信號，由于電流 Oi 為負值， 2T 、 3T 不 導通， 2D 、 3D 導通起負載電流續(xù)流作 用， 0u =－ dU 。 π +θ≤ω t≤ 2π期間， 2T 和 3T 才導通。 LC 濾波電路 濾波器輸出設計 ,如圖 37所 示 設： F 為逆變器輸出頻率 (10KHz).Fk 最低次諧波電壓頻率（ 30 KHz）。 Fc濾波器的截至頻率。 Fc=2Fk/(EBOEBO) Bo=lnUkim/Ukom Ukim:濾波器輸入端最低次諧波的電壓幅值 Ukom：濾波器輸出端最低次諧波的電壓幅值 F=10KHz Fk=30KHz （ Fc《 FK） 設 Ukim=10V Ukom=3V Bo=lnUkim/Ukom = 圖 37 濾波器電路 圖 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 13 EBO=EBO=+ = Fc=2 30/ = 元件的計算 LoCo=1/(2π f)2 Lo/Co=（ ～ ） 2 選擇 Lo/Co（ ） 2 Lo=Uo1=168V 令 150V K=150/1000 = R=K2RL = 100MΩ = Lo= 103 =13mH Co/Lo=1/（ ） 2 Co= 濾波器輸出電壓 設 CoR 并聯(lián)諧振為 Z2 Z=Z1+Z2 =JWLo+Z2 Z2=RL*1/JWCo/RL+1/JWCo 將 RL=37Ω Co= 解： ZL=() Z1=J2π *104**103 = U2=Z2/（ Z1+Z2） *U1 Z2/（ Z1+Z2） =（ ） /+() 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 14 =()/+J(*) =()/ ===()(1+)/()(1+) =1+=Z2/（ Z1+Z2） = U2=*168=201V 結論 電容選擇 CY22/234，電感選擇 SDCL2020D TYPE。 高頻升壓電路 變壓器的概述 變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流 (具有某一已知頻率 )流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」 ；而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓」。在二次線圈的感應電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數(shù)比」所決定的。因此，變壓器區(qū)分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈?；阼F材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵心里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數(shù)比相同。因此，變壓器之匝數(shù)比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已 成為現(xiàn)代化電力系統(tǒng)之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，可以如是說，倘無變壓器，則現(xiàn)代工業(yè)實無法達到目前發(fā)展的現(xiàn)況。 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 15 變壓器的原理 圖 38是電源變壓器的原理圖，當一個交流電壓 U1 加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流 I1 并產生交變磁通 ф1 ，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路，在次級線圈中感應出互感電勢 U2，同時 ф1 也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1， E1 的方向與所加電壓 U1 方向相反而幅度相近，從而限制了 I1 的 大小。為了保持磁通 ф1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且電源變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為 “ 空載電流 ” 。如果次級接上負載，次級線圈就產生電流 I2，并因此而產生磁通 ф2 ， ф2 的方向與 ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓 E1 減少，其結果使 I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時 I1增加， ф1 也增加，并且 ф1 增加部分正好補充了被 ф2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。 圖 38 變壓 器原理圖 變壓器的設計 根據(jù)“電力電子設備設計和應用手冊”，王兆安、張明勛主編，進行高頻升壓變壓器的設計。 1. 變壓器設計的前提 根據(jù)圖 可得以下公式： 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 16 ?0U000001111jwcRLjwcRLjwLjwcRLjwcRL????? VU 1800 ? VUi 150? 2. 變壓器的設計 1）、輸入給定 VUi 180? AIi 7? kHzf 100 ? kVU 100 ? AI 70? ?? 2）、計算變壓器總功率 其中：變壓器效率η = 輸出功率 KWP 10 ? WPt 2250? 3）、確定工作磁感應強度 )(TBm? 選擇 E、 E 型磁 芯材料（ R2KB）；選雙極性變壓器 Bm? = 4）、確定電流密度系數(shù) Kj 查表 1818，得允許溫升 25℃， Kj=366 5）、確定窗口填充系數(shù)α T 一般在 ～ 之間，選α = 6）、計算乘積 PA 按式 18128 計算 ??? ?????????? ???? ?? 1 1104BKjTf PA tp 011 PPt ???????? ?? ?湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 17 χ：由磁芯決定的常數(shù)，見表 1818，χ = 444401 6 102 2 cmA p?????????????????? 查表 1815 得到磁芯尺寸，如 圖 227所示 0 ??L ?l 0 ??l 42?H ?h 0 ??B ?el ?zA ?uA ?PA 圖 39 雙 E型磁芯圖 7） .計算原、副線圈的匝數(shù) 8）、計算電流有效值 9)、電流密度計算 J 依照 18127 222 2 5563 6 6mmAcmAcmAkjA pJ x?????? 10）、導線面積計算 2111 7 mmJIA ??? AI AI ??湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 18 22212 4 mmmmJIA ???? 11）、取導線直徑 ?? 22 mmA ?? ?? 12）、計算導線根數(shù) 根根 45430 7 0 ???? AAn 根根 ???? AAn 13）、平均匝數(shù) mmBLl 2 2 642 28854211 ??????? 14）、導線長度 mmmlNl 76780226301111 ?????? mlNlNl 38422617001122122 ????? 湖南鐵道職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 19 第 四 章 控制電路的分析與論證 單結晶體管觸發(fā)電路 可控整流的電路一般由整流器的整流電路及其觸發(fā)控制電路組成。在整流變換過程中，其平均功率（或能量）是從交流側流向直流負載。本論文的設計采用單結晶體管觸發(fā)電路。 圖 41 所示為全控整流中的單結 晶體管觸發(fā)電路，其方式采用了單結晶體管同步觸發(fā)電路，其中單結晶體管的型號為 BT33。 圖 41 全控