【文章內(nèi)容簡介】 作狀態(tài)，輸入市電負載供電。同時市電通過整流電路向蓄電池充電。 (2)當市電出現(xiàn)故障 (無市電，市電電壓過高或過低 )時，轉換開關切換到逆變器輸出端， EPs 工作在逆變狀態(tài)，由蓄電池經(jīng)逆變器轉換成交流電給負載供電。 湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 8 圖 傳統(tǒng) EPS 電路 在向蓄電池充電時，傳統(tǒng) EPS 電路常常采用三相不控整流的方式。采用不控整流方式的整流器存在從電網(wǎng)吸取畸變電流，造成電網(wǎng)的諧波污染，而直流側 能量無法回饋電網(wǎng)等缺點。為了消除諧波并提高功率因數(shù)，一般在整流橋后還要設計一級 PFC(power Factor Correction)電路。 而且，出于降低成本方面的考慮，常常需要盡量減少蓄電池的個數(shù)。這樣又需要為蓄電池設計專門的充電和放電電路。充電電路要將市電整流后較高的直流電壓降低到較低的蓄電池充電電壓 :而放電電路又要將較低的蓄電池電壓升高到較高的逆變器所需的直流端壓。 因此，傳統(tǒng)的 EPS 一般要設計不控整流一 PFC 今充電一 蓄電池一 放電一 逆變器這樣一系列電路，結構相當復雜，控制也比較繁瑣。 新型的三相應急電源電路 針對傳統(tǒng) EPS 電路的缺點，我們提出了一種新型的 EPS 電路。 與一般的 EPS 電路不同，主電路均采用雙向拓撲，其原理框圖如圖 所示。其工作原理是 :(1)當電網(wǎng)正常時，市電輸入電壓一路直接向負載供電，一路經(jīng)雙向 pWM 變流器全控整流后再由雙向 DC/DC 電路降壓，給蓄電池充電。 (2)當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，靜態(tài)開關關斷，切斷負載與電網(wǎng)的連接，蓄電池放電，經(jīng)雙向 DC/DC 電路升壓后，由雙向 PWM變流器逆變將直流電壓轉化成交流電壓，供給負載。 c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 9 圖 系統(tǒng)原理框圖 可見，雙向 PWM 變流器，既可以實現(xiàn)市電正常時的整流和功率因數(shù)校正，也可以實現(xiàn)市電故障時的逆變 。雙向 DC/DC 電路，即可以實現(xiàn)在市電正常時的降壓功能給蓄電池充電，也可以實現(xiàn)市電故障時的升壓功能。這樣就簡化了 EPS 電路結構，很好地解決了傳統(tǒng) EPS 電路的缺陷。 圖 系統(tǒng)主電路圖 圖 。 T1一 T6六個 IGBT 及其反并二極管構成的三相橋組成雙向 PWM變流器 。LP、 CP 為低通濾波器 。由 T7， TH及其反并二極管和電感 L 組成雙向 DC/DC 電路對蓄電池進行 充放電 。由電流、電壓互感器分別檢測被控電流、電壓，送入芯片，由處理器經(jīng)過約定的控制算法進行運算，產(chǎn)生 PWM控制信號，經(jīng)過驅動去控湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 10 制所有的開關管動作。 綜上所述，本文提出了一種新型的三相應急電源 EPS 主電路。這種電路克服了傳統(tǒng)EPS 電路的缺陷，大大簡化了電路結構，從而降低了成本。整個系統(tǒng)應用了全數(shù)字控制技術，因此，實現(xiàn)了 EPS產(chǎn)品的綠色化、智能化和低成本的要求。 【 7】【 9】【 14】 c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 11 第 3 章 新型的三相應急電源主電路設計 主電路的設計在設計的早期進行，一旦方案確定，不再輕易改變，因此設計的時候對各方面的情 況應該考慮周全。本章對設計所使用的電路拓撲進行了細致的分析，并詳細介紹了應急電源的主電路設計過程，包括輸入整流濾波電路的設計、充電器主電路拓撲的選擇﹑高頻變壓器的設計以及逆變主電路的設計。同時根據(jù)電路選型手冊和實際的應用范圍選擇了主電路的一些器件。 輸入整流器 /濾波器的設計 輸入整流 /濾波電路在開關電源中不被人重視，典型的輸入整流 /濾波電路由三到五個部分構成： EMI 濾波器，啟動浪涌電流抑制器，浪涌電壓抑制器，整流級和輸入濾波電容。 三相交流電源經(jīng)過 EMI 濾波器（ L1～ L3）消除或抑制了現(xiàn)場強的共模干擾 后，通過熱敏電阻（ RT1～ RT3）實現(xiàn)限流。熱敏電阻是指阻值隨溫度改變而發(fā)生顯著變化的熱敏感器件，它分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負溫度系數(shù)熱敏電阻。正溫度系數(shù)熱敏電阻阻值隨溫度升高而顯著增大，從而實現(xiàn)限流作用；同樣 PTC 熱敏電阻構成的過電流保護電路具有復原的特性，解除發(fā)生過電流的原因后即可恢復到原來的電阻值。浪涌電壓抑制器由壓敏電阻 Y1～ Y3 構成，壓敏電阻實際上是一種伏安特性呈非線性的敏感元件，在正常電壓條件下，這相當于一只小電容器，而當電路出現(xiàn)過電壓時，它的內(nèi)阻急劇下降并迅速導通，其工作電流增加幾個數(shù)量級，從 而有效地保護了電路中的其它元器件不致過壓而損壞，它的伏安特性是對稱的。 【 1】【 4】【 10】 圖 整流器的主電路圖 充電器的設計 充電器是指給蓄電池充電的裝置，在中小容量應急電源中，大都將整流器和充電器湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 12 分開，因為整流器的輸出電壓一般是不穩(wěn)定的，然而蓄電池的最高充電電壓是限定的，必須用一個穩(wěn)壓電源作為充電器。蓄電池的充電電流不能過大 ,這就要求充電器具有穩(wěn)流和限流功能。有的 EPS 采用恒壓充電或者恒壓限流充電的形式，雖然它具有電路簡單，成本低廉的優(yōu)點，但是在這種充電電路中，蓄電池組初期充電電流較大，對 蓄電池的壽命有一定影響。因此，我們采用分級充電控制的形式，即充電初期將整流充電器控制成電流源，完成對蓄電池的恒流充電。當蓄電池端電壓達到其浮充電壓后，再將充電器控制成電壓源，完成對蓄電池的恒壓充電。 圖 充電器主電路 主電路由電容 C C2 和 IGBT IGBT2 形成的半橋臂組成的逆變器、高頻變壓器、二極管 D3～ D6整流器、電感 FL2 和電容 C8形成濾波器、兩個 IGBT 驅動電路所組成。 穩(wěn)態(tài)條件下，在 C1=C2， IGBT1 導通時， C1上的 VS/2 加在原邊線圈上， IGBT1 流過負載電流則算至原邊電流加 上磁化電流。經(jīng)占空比所定時間后， IGBT1 關斷。此時，由于原邊繞組和漏電感的作用，電流繼續(xù)流入原邊繞組。但是 B點擺動到負電位。如果原便繞組漏電感存儲的能量足夠大，二極管 D6 將導通，鉗位電壓進一步變負。 D6導通的過程，把反激能量再生，對 C2 充電。 聯(lián)結點的電阻在阻尼電阻作用下，以振蕩形式最后恢復到原來的中心值。這時 IGBT1 和IGBT2 的緩沖器的電容和電阻也參與振蕩作用。 如果這時 IGBT2 加有導通脈沖， IGBT2 導通，原邊繞組上端變負。負載折算電流加上磁化電流流經(jīng)原邊繞組和 IGBT2，然后重復以前的過程。不 同的是， Ip 反了方向， IGBT2關斷時 D5導通，反激能量再生對 C1 充電。 【 1】【 4】【 10】 c8ebc8c6b9aeb40ae666c8536b6b668c 13 充電電路變壓器的設計 變壓器是開關電源中的核心元件，許多其它主電路元件的參數(shù)設計都依賴于變壓器的參數(shù)，因此應該首先進行變壓器的設計。 高頻變壓器工作時侯的電壓電流都不是正弦波，因此其工作狀態(tài)同工頻變壓器是很不一樣的，設計公式也有所不同，需要設計的參數(shù)是電壓比，鐵心的形式和尺寸，各繞組匝數(shù)，導線截面積和繞組結構等。所依據(jù)的參數(shù)是工作電壓，工作電流和工作頻率等。 1． 電壓比 電壓比的計算原則是電路在最大占空比和最小 輸入電壓的條件下，輸出電壓仍能達到設計要求的上限 ,考慮到電路中的壓降 ,輸出電壓應該留有裕量。 ? ?1 m in m a x m a x/tok u D u u? ? ? () 式中 Kt— 電壓比； U1min— 輸入直流電壓最小值； Dmax— 最大占空比； Uomax— 最高輸出電壓； Δ u— 電路中的壓降 ,包括整流二極管壓降和電路中的線路壓降等。 按照上式 ,在輸入電 壓為 342V 時，選取 U1min 為整流后的直流電壓減去電壓波動量的一半，即 440V 因為采用的是半橋，故 U1min 為 220V， Dmax 取 ， Uomax 為 243V，Δ u 為 2V。將以上數(shù)據(jù)代入上式，可得 ? 計算出電壓比后 ,可根據(jù)以下公式選取合適的鐵心 : 41. 16 10 / ( 4 )w e t m w jA A P B fK K? () 式中 Aw— 鐵心窗口面積； Ae— 鐵心磁路截面積； Pt— 變壓器的視在功率； Bm— 鐵心工作過程中的最大磁感應強度； f— 開關頻率； Kw— 繞組在鐵心窗口中的填充系數(shù)； Kj— 電流密度系數(shù)。 這里 Pt 取 5467W， Bm取 ， f為 20kHz， Kw 取 ， Kj取 534，代入上式，得 AwAe=，在實驗中采取將兩個 EE55 的鐵心疊在一起作為一個鐵心使用，按照鐵氧體鐵心廠家提供的手冊， EE55 鐵心的 AwAe 值為 cm4，兩個 EE55 的鐵心疊在 湖南冶金職業(yè)技術學院畢業(yè)論文 14 一起后，鐵心窗口面積不 變，鐵心磁路截面積變?yōu)閱蝹€鐵心的兩倍，故兩個 EE55 的鐵心疊在一起后鐵心的 AwAe 值為 cm4，可以滿足要求。 3. 原副邊繞組匝數(shù)計算 選定鐵心后，便可以按照下式來計算副邊繞組匝數(shù) N2。 2 / ( 2 )p on eN U T B A? ? ? () 式中， Up等于整流后的輸入電壓的一半，即 220V， Ton等于 2D /f，這里取 D為， Δ B取 ， Ae為 1070mm2，代入上式，可得 N2=，取 15 匝。根據(jù)電壓比可以算出原邊繞組匝數(shù) N1為 18匝。 【 1】【 4】【 10】 充電電路開關器件的選擇 在本系統(tǒng)中，充電器產(chǎn)生的最大充電電流為 10A，充電器輸出的最大電壓為 243V，所以我們選用 APT 公司生產(chǎn)的單管 13GP120BDF1 型 IGBT 管，它可以工作在集電極與發(fā)射極間電壓為 600V 時，通過集電極電流為 16A 時實現(xiàn)開關頻率為 50kHz。 【 13】 逆變器的設計 在圖 中，逆變器的主電路由 6個 IGBT 管組成的全橋三相逆變橋、電感 L1～ L3和電容 C7～ C9 組成的濾波器、一個功率變壓 器組成。在市電工作中斷或者不正常時，蓄電池的標稱電壓 216V 的被加到直流總線上（ VO+和 VO兩端），通過由 6個 IGBT 管組成的橋式逆變器產(chǎn)生 SPWM 波，然后通過三相功率變壓器和由電感 L1～ L3 和電容 C7～ C9組成的濾波器，形成線電壓有效值為 380V 的三相正弦交流電給負載供電。圖 中的與 IGBT 并聯(lián)的 RC 電路是緩沖電路，作用是在 IGBT 實現(xiàn)從導通到關斷的過程中減少電流和電壓對 IGBT 本身的沖擊。 【 11】