【文章內(nèi)容簡介】 00 / 380 = (A)式中k為經(jīng)驗系數(shù)，由變壓器空載（激磁為主）電流I 0大小決定，容量越小的變壓器，k越大。（3）變壓器鐵心凈截面積SC：鐵芯凈截面積：SC = K = = (cm )P?2062式中系數(shù)K由硅鋼片質(zhì)量而定，質(zhì)量越好，K值越小。由于硅鋼片之間的絕緣和空隙，實際鐵心截面積應(yīng)略大于計算值，為： SC = K / K C = SC/ K C = (cm2)39。P式中KC是硅鋼片的疊片系數(shù)，它與硅鋼片厚度有關(guān)。鋼片的KC = ；冷軋硅鋼帶的KC = 。根據(jù)算出的SC 求硅鋼片中間舌寬 a，按照國家標(biāo)準(zhǔn)查手冊可以得到，這里39。選擇a = 40mm的GE型硅鋼片。鐵心疊厚B ：B = 100SC / a = *100/40 = (mm) 實取61mm39。鐵心厚度B 與舌寬a之比應(yīng)在12之間，否則應(yīng)重新選取鐵心截面積 SC 。39。此次B/a = ，符合要求。（4）各線圈的匝數(shù)：確定每伏匝數(shù)No：∵ E = NBmSc*10 (V)8?∴No = N/E = 10 /() = 10 /(*50*11000*) = (匝/ 伏)88f —電源頻率；Bm —鐵心磁通密度。一般冷軋晶粒取向硅鋼帶，取 1202214000高斯；熱軋硅鋼片取1000012022高斯；算出No之后，根據(jù)每組線圈的工作電壓就可用下式求出每組線圈的匝數(shù)：初級： N1 = U1No = 110* = (匝) 實取210匝次級： N2 = KU2No = *380* = (匝) 實取496匝式中考慮到10%。（5）線圈導(dǎo)線直徑導(dǎo)線電流： I = d jπ/4 = sj（A）2式中s —導(dǎo)線截面積（mm 2）、d —導(dǎo)線直徑（mm）、j —電流密度（A/ mm2）可取23（A/ mm2）考慮安全（減少發(fā)熱）性可取小一些，考慮經(jīng)濟性可取大一些。，由以上公式可得：原邊： d1 = 副邊： d2 = 根據(jù)計算出的直徑d查標(biāo)稱導(dǎo)線，選出標(biāo)稱直徑接近而稍大的Q 型漆包線。選定的漆包線最大外徑為：原邊： d1’= 副邊： d2’= （6）校核鐵心窗口面積變壓器線圈繞在框架上，每層線圈之間一般均有絕緣層。線圈厚度、絕緣層厚度和框架厚度的總和應(yīng)小于選用鐵心窗口寬度，否則，應(yīng)重新計算或重選鐵心才行。鐵心選定后，窗口高度h可查表得到，其框架最大長度亦等于h。鐵心窗口的有效高度h由表查得為72mm，線圈在框架兩端共留10%不繞線。因此，框架的有效長度為： h’= *(h2)(mm)計算各線圈每層可繞匝數(shù):原邊： M1 = h’/(Kp*d1’) = *(722)/(*) = 44（匝）副邊： M2 = *(722)/(*) = 82（匝）K p ——排繞系數(shù)。按線徑粗細(xì)，圈數(shù)多取大一些。d1’、d 2’——導(dǎo)線連同絕緣層的有效直徑。 每組線圈需繞的層數(shù)，用下式計算：原邊： D1 = N1/M1≈ 5 （層）副邊： D2 = N2/M2≈ 10 (層)初級線圈的總厚度應(yīng)為： H1 = D1( a1+ d1’) + ra1 —原邊繞組層間絕緣厚度。，采用一層厚度為；，；再粗的導(dǎo)線，可采用相應(yīng)更厚的絕緣紙。r —線圈間絕緣厚度。是初、次級線圈之間的絕緣層。在500V以下時可用23層電纜紙。若想取得更好的防潮效果，可再加上二層聚酯薄膜。同樣算出次級線圈的厚度H 2： H2 = D2d2’+(D21)a2 + r a2—副邊繞組層間絕緣厚度：所有線圈的總厚度為： H = (H1+H2+H0)*() (mm)H0 —框架及外包總厚如果 Hc（窗寬）時，即可進行線圈的繞制。否則要重新計算，另選鐵心。骨架用1mm厚的絕緣板制作，厚的聚酯薄膜。，即r = ( + ) 2 = (mm) H1 = ( + )*5 + = (mm) H2 = 10* + (101)* + = (mm) H = ( + + )* = (mm)如表21 所示，a = 40mm的GE40鐵心窗口寬度c = 26mm，所以Hc ，因此窗口能容納下所有繞組。表21 鐵芯GEIB40參數(shù)表(變壓器速查速算手冊)尺寸（mm） 中間舌片凈截面（cm ）2鐵心片型號鐵心規(guī)格 a*B c H h A 鐵心厚鐵心片厚 40*50 26 124 72 144 40*60 40*70 GE40 40*80 逆變器輸出濾波器的設(shè)計高頻SVPWM 逆變器中，逆變器的輸出 LC濾波器 [1718]主要是用來濾除開關(guān)頻率及其鄰近頻帶的諧波，如圖25所示。一個性能優(yōu)良的濾波器首先要有良好諧波的抑制能力，具體可以從總諧波失真THD值來體現(xiàn)，另外所選濾波器還要減少對逆變器的附加電流應(yīng)力。電流應(yīng)力增大，不僅使器件損耗及線路損耗加大，還會額外要求加大功率元件的容量，增加了系統(tǒng)的成本。但是，減小THD與減小濾波器引起的附加電流應(yīng)力通常是矛盾的。下面將從分析二階LC 濾波器特性著手探討濾波器設(shè)計的方法。圖25 逆變器輸出LC濾波器作用示意圖忽略電感電阻及線路阻抗，濾波器輸出電壓相對于逆變橋輸出電壓的傳遞函數(shù)為：G(s) = = =)(sVioLCsR12?22ns???式中 = ——無阻尼自然振蕩角頻， = ， ；n?LC1n?LC?——阻尼比；R2??這是一個典型的二階振蕩系統(tǒng)，幅相頻率特性為：G(j )(22)(1) ??????jnnnn eAjj ??????? ()??????222)/(1[)(]))(nnarctgA???? 根據(jù)（）式，可以求得對數(shù)幅頻特性為：L 22)(])(1[lg20)(lg20)( nnA????圖26 二階LC低通濾波器幅頻特性從上面的分析及圖26中可以看出，轉(zhuǎn)折角頻率ωn和阻尼比ζ是影響濾波效果的主要參數(shù)。選擇SVPWM逆變器的輸出LC濾波器的轉(zhuǎn)折f n（其中fn = ）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率 fs，它對開關(guān)頻率以及其附近頻帶的諧波具有明顯??2/n的抑制作用。在本課題中，開關(guān)頻率f s = 20kHz，取LC 濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為開關(guān)頻率的1/20左右，但不能太小，以免產(chǎn)生低頻振蕩。即： fn = = ZKH201?也就是： ()kLC2??從圖26 中的LC濾波器幅頻特性中可以看出，高于轉(zhuǎn)折頻率時幅頻特性以 40dB下降。所以當(dāng)轉(zhuǎn)折頻率為開關(guān)頻率的1/10時，開關(guān)頻率處的諧波通過LC濾波器后，有接近40dB的衰減；當(dāng)LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率選為開關(guān)頻率的 1/20時，開關(guān)頻率處的諧波衰減更大一些，濾波效果也更好一些。濾波器與逆變器的附加電流應(yīng)力有關(guān)，這是由濾波器的濾波電感上流過的電流諧波引起的。流過濾波器電感的電流也就是流過功率元件的最大電流。流過濾波電感的電流諧波越小，半導(dǎo)體開關(guān)所承受的附加電流應(yīng)力就越小，線路上的損耗也會較小。而濾波電感上的諧波電流和電感L的值成反比，電感值越大，諧波電流越小。結(jié)合式（22），最后選取的濾波電感和電容值如下：濾波電感： L = 182Mh濾波電容 ：C = F?此時LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為：fn = ??3 三相逆變器控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)一個三相逆變器系統(tǒng)包括控制電路和主電路兩個重要組成部分，只有控制電路和主電路相互配合，共同工作，才能構(gòu)成完整的逆變系統(tǒng)，如同人的大腦和雙手，兩者缺一不可。控制電路控制主電路；主電路是控制電路的控制對象。逆變系統(tǒng)控制電路不僅受逆變主電路形式、主開關(guān)管器件的類型和逆變工作頻率的支配，還取決于選取的功率變換技術(shù)的種類。 三相逆變器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖31為三相逆變器的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，Vg為給定電壓， Vd是市電經(jīng)整流后輸出給三相逆變器的直流電壓。圖31 三相逆變器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖對于穩(wěn)定輸出量的值這個控制目標(biāo)而言，相應(yīng)不同信號的擾動，控制系統(tǒng)的工作情況是不同的，這可以通過分析系統(tǒng)的傳遞函數(shù)得到各種結(jié)果。 三相逆變器控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)器的種類很多 【19】 ，其傳遞函數(shù)用G1(s)表示；脈沖形成及驅(qū)動電路一般可以等效為一個線性比例環(huán)節(jié)。對于PFM方式，輸出為脈沖頻率f p，且有f p = K1Vc。對于PWM方式，其輸出量為占空比 δ =K1Vc，所以這個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以用K1表示；逆變主電路包括逆變開關(guān)電路、逆變變壓器、輸出濾波電路中的一部分或幾部分，主電路比較復(fù)雜，先設(shè)其傳遞函數(shù)為G 2(s)；反饋環(huán)節(jié)是一比例環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)設(shè)為K B；對于一個逆變控制系統(tǒng)，為了使其穩(wěn)定工作和具有更好的性能，有時還可以加一個校正環(huán)節(jié)，它可以與調(diào)節(jié)器和在一起，共同組成傳遞函數(shù)G 1(s)。由以上分析可知，圖31的控制系統(tǒng)可以畫成圖32的形式。圖32 三相逆變器控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)輸出量V0(s )對輸入量Vg (s)的傳遞函數(shù)為： )(1)()(210 sGKsVBg??系統(tǒng)誤差信號e(s)對輸入量Vg(s) 的誤差傳遞函數(shù)為： )(seg )(212s系統(tǒng)輸出對干擾信號的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： )()(2120 sGKsVd?? 電壓型 PWM 逆變控制系統(tǒng)逆變控制系統(tǒng)的最終輸出可以是電壓、電流、頻率或功率。大多數(shù)逆變系統(tǒng)輸出的是電壓，也就是說，系統(tǒng)輸出和調(diào)節(jié)的是電壓量。對于這些系統(tǒng)其反饋量是輸出量的一定比例值，用給定電壓與反饋電壓的誤差信號來調(diào)節(jié)PWM脈沖的寬度，通常把這種逆變控制系統(tǒng)稱作電壓型PWM控制系統(tǒng)。帶LC 輸出濾波的電壓型三相逆變器的控制系統(tǒng)框圖如圖33。其中KV 是逆變開關(guān)電路的傳遞函數(shù)， 是 LC濾波電路（帶電阻性負(fù)載，即R與C并聯(lián)）的傳遞LsCRS?2函數(shù)。根據(jù)圖33得出電壓型三相逆變器的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： )()()( 1120 sRGKLsssVBVg??控制調(diào)節(jié)器G1(s)可以是比例（P）調(diào)節(jié)器，比例積分（PI ）調(diào)節(jié)器，比例微分（PD）調(diào)節(jié)器和比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器。本系統(tǒng)選擇比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，即G1 (s) = K p (1 +1/ sτ)則系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)可進一步寫為：)1()1()(210 ?sRKLsCRsKsVPBVPg ???圖 33 帶電阻性負(fù)載的三相逆變器控制系統(tǒng)框圖此時三相逆變器閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： )(1()1()( 2121 RLsCsKRLsCKsHGPBVBPV ??????將上式取合適的值，則其Bode圖如圖34所示：圖 34 帶電阻性負(fù)載的三相逆變器系統(tǒng)Bode 圖 三相逆變器閉環(huán)系統(tǒng)的硬件組成三相逆變器閉環(huán)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖35所示，本系統(tǒng)包括主電路和控制電路兩部分，其中控制電路又包括檢測電路、驅(qū)動電路、DSP芯片及其外圍電路、SPI 接口的鍵盤和顯示電路、以及SCI通信接口電路五大部分。檢測電路包括直流電壓和電流檢測電路，輸出交流電壓和電流檢測電路，頻率檢測電路；驅(qū)動電路是以IR2130三相IGBT驅(qū)動芯片及其外圍電路為基礎(chǔ)形成的；DSP芯片及其外圍電路以TI 公司的DSP芯片TMS320LF2407A 及其外圍接口電路為基礎(chǔ)形成；TMS320LF2407A芯片通過SPI 接口與鍵盤和LED 顯示器相連；TMS320LF2407A芯片通過SCI接口，經(jīng)高速光隔與MAX485芯片連接后，可與遠(yuǎn)處的 PC機通過串行通信，當(dāng)然PC機端需連接 RS485/232轉(zhuǎn)換器。圖 35 三相逆變器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖主電路的設(shè)計在第2章已經(jīng)作了詳細(xì)的介紹。DSP芯片TMS320LF2407A及其外圍接口電路作用的發(fā)揮主要依賴于寫入flash閃存的程序。在進行RS485通信模塊和SPI接口的鍵盤和顯示電路的設(shè)計時主要是要注意隔離和電平的轉(zhuǎn)換，以免燒壞DSP芯片。 驅(qū)動電路三相逆變器主電路開關(guān)器件采用絕緣柵極雙極性晶體管IGBT，它是一種復(fù)合器件，它的輸入控制部分為電力場效應(yīng)管MOSFET，輸出級為雙極結(jié)型三極晶體管，因此兼有電力場效應(yīng)管和電力晶體管的優(yōu)點：具有高輸入阻抗，屬電壓型開關(guān)器件，驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)1040kHz(比電力三極管高) ，飽和壓降低（比電力場效管小得多，與電力三極管相當(dāng)），電壓電流容量較大，可供幾千kVA以下的高頻電力電子裝置選用。IGBT需要有獨立的驅(qū)動電路，并且要求供給驅(qū)動電路的電源相互隔離，這就使輔助電源的設(shè)計更加復(fù)雜，成本更高，并且降低了逆變器的可靠性。采用如EXB840等專用厚膜集成驅(qū)動電路芯片雖然可以簡化驅(qū)動電路的設(shè)計，但每個驅(qū)動芯片仍然需要一個獨立的供電電源，且每個芯片僅能驅(qū)動一個功率器件，應(yīng)用極不方