感應加熱電源控制系統(tǒng)綜合設計(編輯修改稿)
2025-08-03 14:01 本頁面
【文章內容簡介】 全波整流電源電路，僅用電容器作為濾波電路的電路有中心抽頭式和橋式。現在裝有4個整流二極管的橋式整流器能夠很便宜買到，而且變壓器的使用效率也高，所以幾乎都為橋式整流電路[6]。橋式整流屬于全波整流，三相整流只有全波整流，沒有半波整流。三相全波整流也只有橋式整流。 所以在此設計中選用了三相橋式全控整流電路。 三相橋式全控整流電路整流電路采用三相全控橋式整流電路，其作用為將從三相電網輸入的50Hz電壓整流成脈動的直流電壓。三相橋式整流電路圖如圖31所示。圖31 三相橋式全控整流電路晶閘管VTVTVT5接成共陰極，晶閘管VTVTVT2接成共陽極，并與變壓器和負荷分別構成兩個三相半波可控整流電路，兩個三相半波可控整流電路串聯就構成三相橋式全控整流電路，如圖32所示。圖32相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的輸出電壓為三相半波可控電路的兩倍三相橋式全控整流電路的輸出電壓為： （31）式中：——輸出直流電壓平均值； ——電網相電壓； ——觸發(fā)移相角。當=0時，對于共陰極組的晶閘管依次觸發(fā)陰極電位最高的晶閘管，對于陰極組的晶閘管組依次觸發(fā)陰極電位最低的晶閘管，使晶閘管導通。把一個周期平均分為6段，如圖33，34，35，36所示。 圖33 α=0186。輸出電壓波形 在VT1段內，a相電壓最高，電流從變壓器a相繞組流出，經過VT1負荷和VT6（在此段內，b相電壓最低，共陽極組的晶閘管VT6正處于導通狀態(tài)），回到變壓器b相繞組。a相繞組內的電流為正，b相繞組內的電流為負。負荷電壓Ud=Uab。 在VT4段內，a相電壓仍然最高，晶閘管VT1繼續(xù)導通，電流從a相繞組流出，經過VT1負荷和VT2。晶閘管VT6承受反向電壓而關斷，所以電流回到c相繞組。b相繞組內的電流為正，c相繞組內的電流為負。負荷電壓Ud=Uac。圖34 α=30186。輸出電壓波形在VT1和VT4段內，由于負荷的電感量較大，流過VT1的電流也保持不變。在VT3段內，b相電壓最高，晶閘管VT3因得到觸發(fā)脈沖而導通，由于b點電位高于a點電位，所以晶閘管VT1因承受反向電壓而關斷。電流從b相繞組流出。在這一段內，c相電壓仍然最低，晶閘管VT2繼續(xù)導通。負荷電壓Ud=Ubc。圖35 α=60186。輸出電壓波 在VT6段內，VT3和VT4導通，Ud=Uba。 在VT5段內，VT4和VT5導通，Ud=Uca。 在VT2段內，VT5和VT6導通，Ud=Ucb。圖36 α=90186。輸出電壓波形 上圖是不同時的輸出電壓波形給出了在感性負載電流非斷續(xù)的狀態(tài)下，不同角下的輸出電壓的波形，其中的狀態(tài)稱為整流橋的逆變工作狀態(tài)，其實質是負載向電網反饋能量。 整流電路的參數設計(1) 二極管電壓額定值；二極管的耐壓可按式(32)確定，根據電網電壓，考慮到其峰值、電壓波動等因素。，安全系數=。 （32）由于交流側電壓為380V，代入上式，可得： （33）(2) 確定電流額定值I：整流二極管的電流額定值是根據其結溫而確定的，可按式(34)來確定： （34）式中：——沖擊電流值；——安全系數，取=2；將上式變形為： A （35）需要說明的是，由于有的存在，在開始啟動時，可以使其占空比很小，這樣幾乎沒有沖擊電流，所以實際上二極管的耐流可以更小。(3) 的選取；的耐壓和耐流與整流二極管是相同等級的。由于頻率較高，所以要選擇GTR、MOSFET、IGBT等工作頻率較高的自關斷器件。(4) 電力電容的計算；因為是6個脈動整流波動，50Hz電網輸入。周期為20ms，所以每個波動的時間為20/64ms，根據公式(36)可以得到： （36）式中，取I=，t=4ms，=600V ,得到：C=可以選取3000μF/400V的電容4個串聯，這樣實際的容量為750μF，耐壓為1600V。4 逆變器的設計 逆變電路的原理以圖41的單相橋式逆變電路說明最基本的工作原理。圖中是橋式電路的4個臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。當開關、閉合，、斷開時，負載電壓為正；當開關、斷開，、閉合時，為負，其波形如圖42所示。這樣，就把直流電變成了交流電，改變兩組開關的切換頻率，即可改變輸出交流電的頻率。這就是逆變電路最基本的工作原理。當負載為電阻時，負載電流和電壓的波形形狀相同，相位也相同。當負載為阻感時，的基波相位滯后于的基波，兩者波形的形狀也不同，圖42給出的就是阻感負載時的波形。設時刻以前、導通，和均為正。在時刻斷開、同時合上、則的極性立刻變?yōu)樨?。但是，因為負載中有電感，其電流極性不能立刻改變而仍維持原方向。這時負載電流從直流電源負極流出，經、負載和流回正極，負載電感中儲存的能量向直流電源反饋，負載電流逐漸減小，到時刻降為零，之后才反向并逐漸增大。、斷開，、閉合時的情況類似。上面是均為理想開關時的分析。圖41 單相橋式逆變電路圖42逆變電路電壓電流波形圖（阻感負載） 逆變電路的設計逆變部分為單相全橋逆變，逆變器件采用IGBT模塊，內部集成反并聯二極管。絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT）是上世紀八十年代中期發(fā)展起來的一種新型復合器件。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點，因而具有良好的特性。它通流能力強，開關速度快，驅動電路簡單，自投入市場以來就迅速擴展了其他應用領域，成為中小功率電力電子設備的主導器件，并在繼續(xù)努力提高電壓和電流容量。1. 逆變橋IGBT的參數計算 （1）確定電流：由逆變器功率輸出單元內基波電流計算式，可知IGBT正常工作時流過的電流最大值： 輸出電流： （41） IGBT電流的最大值： （42
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