感應(yīng)加熱電源控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-03 14:01 本頁面
【文章內(nèi)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?，F(xiàn)在裝有4個(gè)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(shè)計(jì)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(wǎng)輸入的50Hz電壓整流成脈動(dòng)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(fù)荷分別構(gòu)成兩個(gè)三相半波可控整流電路，兩個(gè)三相半波可控整流電路串聯(lián)就構(gòu)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(wǎng)相電壓； ——觸發(fā)移相角。當(dāng)=0時(shí)，對(duì)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(duì)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(dǎo)通。把一個(gè)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(nèi)，a相電壓最高，電流從變壓器a相繞組流出，經(jīng)過VT1負(fù)荷和VT6（在此段內(nèi)，b相電壓最低，共陽極組的晶閘管VT6正處于導(dǎo)通狀態(tài)），回到變壓器b相繞組。a相繞組內(nèi)的電流為正，b相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。負(fù)荷電壓Ud=Uab。 在VT4段內(nèi)，a相電壓仍然最高，晶閘管VT1繼續(xù)導(dǎo)通，電流從a相繞組流出，經(jīng)過VT1負(fù)荷和VT2。晶閘管VT6承受反向電壓而關(guān)斷，所以電流回到c相繞組。b相繞組內(nèi)的電流為正，c相繞組內(nèi)的電流為負(fù)。負(fù)荷電壓Ud=Uac。圖34 α=30186。輸出電壓波形在VT1和VT4段內(nèi)，由于負(fù)荷的電感量較大，流過VT1的電流也保持不變。在VT3段內(nèi)，b相電壓最高，晶閘管VT3因得到觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，由于b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，所以晶閘管VT1因承受反向電壓而關(guān)斷。電流從b相繞組流出。在這一段內(nèi)，c相電壓仍然最低，晶閘管VT2繼續(xù)導(dǎo)通。負(fù)荷電壓Ud=Ubc。圖35 α=60186。輸出電壓波 在VT6段內(nèi)，VT3和VT4導(dǎo)通，Ud=Uba。 在VT5段內(nèi)，VT4和VT5導(dǎo)通，Ud=Uca。 在VT2段內(nèi)，VT5和VT6導(dǎo)通，Ud=Ucb。圖36 α=90186。輸出電壓波形 上圖是不同時(shí)的輸出電壓波形給出了在感性負(fù)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(shí)質(zhì)是負(fù)載向電網(wǎng)反饋能量。 整流電路的參數(shù)設(shè)計(jì)(1) 二極管電壓額定值；二極管的耐壓可按式(32)確定，根據(jù)電網(wǎng)電壓，考慮到其峰值、電壓波動(dòng)等因素。，安全系數(shù)=。 （32）由于交流側(cè)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(jù)其結(jié)溫而確定的，可按式(34)來確定： （34）式中：——沖擊電流值；——安全系數(shù)，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(dòng)時(shí)，可以使其占空比很小，這樣幾乎沒有沖擊電流，所以實(shí)際上二極管的耐流可以更小。(3) 的選?。坏哪蛪汉湍土髋c整流二極管是相同等級(jí)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(guān)斷器件。(4) 電力電容的計(jì)算；因?yàn)槭?個(gè)脈動(dòng)整流波動(dòng)，50Hz電網(wǎng)輸入。周期為20ms，所以每個(gè)波動(dòng)的時(shí)間為20/64ms，根據(jù)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(gè)串聯(lián)，這樣實(shí)際的容量為750μF，耐壓為1600V。4 逆變器的設(shè)計(jì) 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(gè)臂，它們由電力電子器件及其輔助電路組成。當(dāng)開關(guān)、閉合，、斷開時(shí)，負(fù)載電壓為正；當(dāng)開關(guān)、斷開，、閉合時(shí)，為負(fù)，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(guān)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(dāng)負(fù)載為電阻時(shí)，負(fù)載電流和電壓的波形形狀相同，相位也相同。當(dāng)負(fù)載為阻感時(shí)，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(fù)載時(shí)的波形。設(shè)時(shí)刻以前、導(dǎo)通，和均為正。在時(shí)刻斷開、同時(shí)合上、則的極性立刻變?yōu)樨?fù)。但是，因?yàn)樨?fù)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(shí)負(fù)載電流從直流電源負(fù)極流出，經(jīng)、負(fù)載和流回正極，負(fù)載電感中儲(chǔ)存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流逐漸減小，到時(shí)刻降為零，之后才反向并逐漸增大。、斷開，、閉合時(shí)的情況類似。上面是均為理想開關(guān)時(shí)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(fù)載） 逆變電路的設(shè)計(jì)逆變部分為單相全橋逆變，逆變器件采用IGBT模塊，內(nèi)部集成反并聯(lián)二極管。絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT）是上世紀(jì)八十年代中期發(fā)展起來的一種新型復(fù)合器件。IGBT綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，因而具有良好的特性。它通流能力強(qiáng)，開關(guān)速度快，驅(qū)動(dòng)電路簡單，自投入市場以來就迅速擴(kuò)展了其他應(yīng)用領(lǐng)域，成為中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)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(shù)計(jì)算 （1）確定電流：由逆變器功率輸出單元內(nèi)基波電流計(jì)算式，可知IGBT正常工作時(shí)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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