【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 經(jīng)過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。3 感應(yīng)加熱電源電路的主回路設(shè)計(jì) 主電路的主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)電網(wǎng)供電電壓：3相380V感應(yīng)加熱電源輸出功率：15kW輸出電流頻率：20KHz輸出電流值：30A 感應(yīng)加熱電源電路的主回路結(jié)構(gòu)： 感應(yīng)加熱電源主結(jié)構(gòu)框圖感應(yīng)加熱電源主電路圖， 感應(yīng)加熱電源的主電路圖，它由整流器、濾波器和逆變器組成。整流器采用不可控三相全橋式整流電路。 、和 (CC2)構(gòu)成Ⅱ型濾波器。兩個(gè)電解電容C1，C2串聯(lián)以減小單個(gè)電容的承受的電壓，R2 , R3起均壓作用。R1為限流電阻，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始上電時(shí)，由于電容兩端電壓為零，故剛開(kāi)始對(duì)電容充電時(shí)，電流將很大，加上限流電阻R1后則就電流不會(huì)很大了。當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，交流接觸器K1閉合，將限流電阻短接。系統(tǒng)即可正常工作。 逆變器采用單相變逆變橋，經(jīng)變壓器和串聯(lián)諧振電路相接。利用輪流驅(qū)動(dòng)單相對(duì)角的兩組IGBT工作，把恒定的直流電壓變成10 Hz～10 kHz方波電壓輸出給負(fù)載。 主回路等效電路1（1），開(kāi)始工作時(shí)，首先給電容充電。電路等效為一個(gè)一階RC零狀態(tài)響應(yīng)電路，把整流器理想化為一個(gè)直流電壓源。如右下圖所示，開(kāi)關(guān)閉合前電路處于零初始狀態(tài)，即。在時(shí)刻，開(kāi)關(guān)閉合，電路接入直流電壓源。根據(jù)基爾霍夫電壓定律（KVL），有　　　　　 把代入，得電路微分方程　　　 求解微分方程得出： （2）以指數(shù)形式趨近于它的最終恒定值，達(dá)到該值后，電壓和電流不再變化，電容相當(dāng)于開(kāi)路，電流為零。 當(dāng)電解電容充滿電后，相當(dāng)一個(gè)直流電壓源。和導(dǎo)通時(shí)，整流后的直流電開(kāi)始給負(fù)載供電，電流的流向—R—L——，則主回路等效于一個(gè)一階零狀態(tài)響應(yīng)電路。電路圖如右下圖?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　￠_(kāi)關(guān)S接通后，（）=（）=0,電路的微分方程為 主回路等效電路2　　　　　　　　　 初始條件為（）＝0時(shí)，電流的通解為 ： ＝＋ 式中 τ＝ 為時(shí)間常數(shù)。特解＝，積分常數(shù)A＝－（）＝－所以 ＝（1－） （3） 繼續(xù)導(dǎo)通，電壓源提供的電流為0，此時(shí)，電感儲(chǔ)存的能量通過(guò)和續(xù)流二極管D o2形成回路，等效為一個(gè)一階零輸入響應(yīng)電路。如右下圖所示。電路在開(kāi)關(guān)動(dòng)作之前電壓和電流已恒定不變，電感中有電流。具有初始電流的電感和電阻連接，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。在0時(shí)，根據(jù)KVL，有 主回路等效電路3而，電路的微分方程為　　　　　　　　　 其特征根為故電流為 電阻和電感上電壓分別為： 主回路等效電路4（4）當(dāng)和關(guān)斷，和到通時(shí)，電感的自感電流比整流電流大，通過(guò)二極管、續(xù)流，等效為一個(gè)二階零輸入響應(yīng)電路。如下圖所示，為串聯(lián)電路，假設(shè)電容原已充電，其電壓為，電感中的初始電流為。則=0時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，此電路的放電過(guò)程即是二階電路的零輸入響應(yīng)。在指定的電壓、電流參考方向下，根據(jù)KVL可得 ，電壓。把它們代入上式，得 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　上式以（令=以方便求解）為未知量的串聯(lián)電路放電過(guò)程的微分方程。求解后，特征方程為 解出特征根為 根號(hào)前有正負(fù)兩個(gè)符號(hào)，所以有兩個(gè)值。為了兼顧這兩個(gè)值，電壓可以寫(xiě)成 = 其中 可見(jiàn)，特征根和僅與電路參數(shù)和結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與激勵(lì)和初始儲(chǔ)能無(wú)關(guān)。 根據(jù)給定的兩個(gè)初始條件結(jié)合電壓的表達(dá)式，可得 將解得的和代入電壓的表達(dá)式 =，就可以得到串聯(lián)電路零輸入響應(yīng)的表達(dá)式： 整流部分電路分析（1）基本工作原理為了盡可能減小整流器直流輸出電壓中的紋波，通常在整流器直流一側(cè)并聯(lián)容量較大的濾波電容。本設(shè)計(jì)采用目前應(yīng)用最為廣泛的三相橋式全控整流電路，習(xí)慣將其中陰極連接在一起的3個(gè)二極管(Dl、DD5)稱為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)二極管(DDD2)稱為共陽(yáng)極組。此外，習(xí)慣上希望二極管按從1至6的順序?qū)?，為此將二極管按圖示的順序編號(hào)，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)二極管分別為D1，D3，D5，共陽(yáng)極組中與a、b、c三相電源相接的3個(gè)二極管分別為DDD2；從以下的分析可知，按此編號(hào)，二極管的導(dǎo)通順序?yàn)镈1—D2—D3—D4—D5—D6。 電容濾波的三相橋式不可控整流電路的波形對(duì)共陰極組的3個(gè)二極管，陽(yáng)極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)共陽(yáng)極組的3個(gè)二極管，則是陰極所接交流電壓值最低(或者說(shuō)負(fù)得最多)的一個(gè)導(dǎo)通。這樣，任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，加于負(fù)載上的電壓為某一線電壓。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點(diǎn)n為參考點(diǎn)，共陰極組二極管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓Ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽(yáng)極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓Ud2為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓，是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對(duì)應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的二極管對(duì)應(yīng)的是最大(正得最多)的相電壓，而共陽(yáng)極組中處于通態(tài)的二極管對(duì)應(yīng)的是最小(負(fù)得最多)的相電壓，輸出整流電壓為這兩個(gè)相電壓相減，是線電壓中最大的一個(gè)，因此輸出整流電壓波形為線電壓在正半周期的包絡(luò)線。,第Ⅰ階段，a相電位最高，共陰極組導(dǎo)通，b相電位最低，共陽(yáng)極組D6導(dǎo)通。電流流通路徑為aRL—D6b,負(fù)載上的電壓＝－＝，變壓器在a、b兩相工作，共陰極組a相電流為正，共陽(yáng)極組的b相電流為負(fù)。 第Ⅱ階段，a相電位仍為最高，繼續(xù)導(dǎo)通，但c相電位最低，D2導(dǎo)通，電流從b相換至c相。D2因承受反向電壓而關(guān)斷。這時(shí)電流流通路徑為：aR—LD2c, 負(fù)載上的電壓＝－＝第Ⅲ階段，b相電位最高，D3導(dǎo)通，則共陰極組換相至D3，電流從a相換至b相，因?yàn)槌惺芊聪螂妷憾P(guān)斷，D2因?yàn)閏相電位仍為最低，而繼續(xù)導(dǎo)通，電流流通路徑為：bD5RLD2c,負(fù)載上電壓＝－＝。 以下Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段依次類推。在Ⅳ段，、D4導(dǎo)通，＝。以后重復(fù)上訴過(guò)程?？芍O管導(dǎo)通順序?yàn)?、—、—、—、—、—、—、? (1)全橋逆變電路基本工作原理，它共有4個(gè)橋臂，可以看成由兩個(gè)半橋電路組合而成。把橋臂l和4作為一對(duì)，橋臂2和3作為另一對(duì)，成對(duì)的兩個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，兩對(duì)交替各導(dǎo)通.每個(gè)橋臂由一個(gè)IGBT和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有一個(gè)足夠大的電解電容。負(fù)載接在兩對(duì)橋臀聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。設(shè)四個(gè)IGBT有兩組的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)。輸出電壓為矩形波，其幅值為Um＝Ud,輸出電流波形隨負(fù)載情況而異。設(shè)t2時(shí)刻以前T1,T4通態(tài)，T2,T3為斷態(tài)。t2時(shí)刻給T1,T4關(guān)斷信號(hào)，給T2,T3開(kāi)通信號(hào)，則T1,T4關(guān)斷，但由于感性負(fù)載中的電流，不能立即改變方向，于是VD2，VD3導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時(shí)刻降為零時(shí)，VD2，VD3截止，T2，T3開(kāi)通。開(kāi)始反向。同樣，在t4時(shí)刻給T2,T3關(guān)斷信號(hào)，給Tl,T4開(kāi)通信號(hào)后，T2,T3關(guān)斷，D1,D4先導(dǎo)通續(xù)流，t5時(shí)刻T1,T4才開(kāi)通。0 t t3 t4 0 t1 t2 t5 t6 t V1 V4 　V2 V3 V1 V4 V2 V3ON VD1VD4 VD2VD3 VD1VD4 VD2VD3 單相全橋電壓型逆變電路工作波形當(dāng)TT4或TT3為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向。直流側(cè)向負(fù)載提供能量；而當(dāng)D1，D4或D2，D3為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓反向，負(fù)載電感中貯藏的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無(wú)功能量反饋回直流側(cè)。反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容器中，直流側(cè)電容器起著緩沖這種無(wú)功能量的作用。因?yàn)槎O管Dl、DDD3是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，故稱為反饋二極管；又因?yàn)镈l、DDD4 起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，因此又稱續(xù)流二極管。 （2）無(wú)源功率因數(shù)校正所謂無(wú)源功率因數(shù)校正，就是通過(guò)在電路中加入無(wú)源電感L或加入無(wú)源電感L和無(wú)源電容而使整流器輸入端電流接近于正弦的方法，這是人們最早采用的方法。無(wú)源功率因數(shù)校正由三種比較基本的方法：一種是在整流器與直流濾波電容之間串入無(wú)源電感Ld；二是在整流器輸入端串入無(wú)源LC串并聯(lián)槽路；三是利用電容和二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成填谷方式。 本設(shè)計(jì)采用的是在整流器與直流濾波電容之間串入無(wú)源直流電感Ld的無(wú)源校正電路，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，常常有少量改進(jìn)， 這種少量的改進(jìn)，主要是在整流器與直流電感之間并入一個(gè)數(shù)值較小的電容，使、和構(gòu)成Ⅱ型濾波器，以對(duì)輸出直流電壓有更好的濾波作用，使輸出電壓的紋波更小。由于＜＜，所以其上的電壓還是可以隨著輸入電壓而波動(dòng)，再則的值也很小，因此對(duì)輸入電流的畸變沒(méi)有什么影響，整流二極管的導(dǎo)通角也不會(huì)因此而減小。 系統(tǒng)主回路的元器件參數(shù)設(shè)定 （1）整流二極管的選擇 ①整流輸出的電壓平均值為： ＝U≈＝220V＝②電流平均值 ： 輸出電流平均值為 =/ R與單相電路情況一樣，電容電流平均值為零、因此 =在一個(gè)電源周期中，有6個(gè)波頭，流過(guò)每一個(gè)二極管的是其中的兩個(gè)波頭，因此二極管電流平均值為的l/3，即 =/3=/3③二極管D可能承受的最大正向電壓為線電壓峰值的1/2，即（）/2，即220V/2≈。 ④二極管D可能承受的最大反向電壓為線電壓峰值U=220V≈539V根據(jù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和工藝要求,整流二極管采用4個(gè)IN4007。IN4007反向耐壓為1000V，封裝形式DO41。（2）濾波電容的選擇濾波電容器主要起濾波和穩(wěn)定電壓的作用。由于采用三相橋式整流電路，其電壓紋波脈動(dòng)為300Hz，為保證給逆變電路提供穩(wěn)定的直流電壓，濾波電路的時(shí)間常數(shù)，也即濾波電容器Ca與直流電源的等效負(fù)載電阻Rd的乘積，必須為紋波中基波的周期時(shí)間的6倍以上，這里取8，即 則 電容電壓必須高于 440（V）?？梢赃x用4700uF/400V的電解電容2只串聯(lián)。 IGBT和續(xù)流二極管的選擇當(dāng)三相交流電380V整流變成直流電時(shí)，當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管導(dǎo)通，穩(wěn)壓電源的全部輸入電壓都加在IGBT集射極的兩端。因此，開(kāi)關(guān)管的集射額定電壓UCE必須大于穩(wěn)壓電源的輸入電壓。IGBT受到的最大正向電壓為逆變器輸入端電壓源的電壓,考慮到開(kāi)關(guān)時(shí)的浪涌電壓，取額定電壓： === (V) 額定電流： IM=30= (A)另外，考慮與專用驅(qū)動(dòng)芯片HCPL316J的兼容性，故選用型號(hào)為G80N60，其有關(guān)參數(shù)如下： G80N60 的性能參數(shù)開(kāi)啟電壓5V177。1V柵極擊穿電壓177。20V集射電壓600V集電極電流80A集射峰值電流320A耗散功率320W集射截止電流IGES飽和壓降正向跨導(dǎo)36輸入電容3000pF下降時(shí)間43ns根據(jù)續(xù)流二極管的正向額定電流必須等于開(kāi)關(guān)管的最大集電極電流，以及當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，輸入電壓加在續(xù)流二極管的兩端，因此，續(xù)流二極管的耐壓值必須大于輸入電壓。再者，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管的工作頻率很高，續(xù)流二極管也只是在IG