【正文】 電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 () ( 1)iiAC R s iKsW s?? ?? （ 83） 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。由前述已求出電樞回路總電感。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取= T s+ T o i= 0 .0 0 3 7 siT? 。三相橋式電路的每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有（ 1~2） Toi=，因此取 Toi=2ms=。 ： 表 1 各種整流電路的失控時(shí)間（ f=50Hz） 整流電路形式 最大失控時(shí)間max /sT ms 平均失控時(shí)間/sT ms 單相半波 20 10 單相橋式 10 5 三相半波 三相橋式、六相半波 1）整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts。NI)~(I m ? 。假設(shè) ?/uId si? ，它的調(diào)節(jié)過程如下： 它可以保持電流特性不變，自動(dòng)限制最大電流，能有效抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。 本設(shè)計(jì)選用晶閘管的型號(hào)為 KK2008 額定電壓： VDRM 800V 額定電流： IT(AV) 200A 門極觸發(fā)電壓： VGT ? V 門極觸發(fā)電流： IGT ? 300 mA 第 八 章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ACR：電流調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用：電流環(huán)由 ACR 和電流負(fù)反饋組成的閉環(huán)，其主要作用是穩(wěn)定電流，由于 ACR 為 PI 調(diào)節(jié)器。一般取按此原則所得計(jì)算結(jié)果的 ～ 2 倍。選擇晶閘管元件主要是選擇它的額定電壓 TMU 和額定電流)(AVTI 首先確定晶閘 管額定電壓 TMU，晶閘管額定電壓必須大于元件在電路中實(shí)際承受的最大電壓 RM，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和操作過電壓等因素，還要放寬 2～ 3 倍的安全系數(shù)，則計(jì)算公式： RMTM UU )3~2(? 對(duì)于本設(shè)計(jì)采用的是三相橋式整流電路，晶閘管按 1至 6的順序?qū)?，在阻感?fù)載中晶閘管承受的最大電壓 22 UUU RM ??， 故計(jì)算的晶閘管額定電壓為 VVUU TM 1029~)3~2(6)3~2( 2 ?????? 取 800V 。 對(duì)于本設(shè)計(jì) 2IK取 ,且忽略變壓器一二次側(cè)之間的能量損耗，故 AIKI NI ?????? ? 根據(jù)整流變壓器的特性，即 路 半波 控橋 控橋 半波 控橋 控橋 抗 器的雙反星形 20UUA d? 0ddB ? cos? 1 cos2 ?? cos? cos? 1 cos2 ?? cos? cos? C 22/IdK I I? 1 1 46 222111 IUmIUm ? 取 3，所以 2211 IUIU ?，所以整流變壓器的容量為： 1 2 1 1 1 2 2 2 2 2 211( ) ( )22S S S m U I m U I m U I? ? ? ? ? KVAIUm ????? 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為 AKV?。所以變流變壓器的平均容量為)(21 21 SSS ?。而一次相電流有效值)//( 211 UUII ?，所以一次側(cè)容量 2222 I。實(shí)際選取為標(biāo)準(zhǔn)變壓器時(shí)可以通過改變線圈匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于本設(shè)計(jì)：為了保證電動(dòng)機(jī)負(fù)載能在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn) ,計(jì)算所得 2U應(yīng)有一定的裕量 ,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)所知 ,公式中的控制角 ? 應(yīng)取 300 為宜。 TnU表示主電路中電流經(jīng)過幾個(gè)串聯(lián)晶閘管的管壓降。 綜合以上因素得到的 2U精確表達(dá)式為： 20UUA d?表示當(dāng)控制角 00?? 時(shí)，整流電壓平均值與變壓器次級(jí)相電壓有效值之比； 0ddUUB ??表示控制角為 ? 時(shí)和 00?? 時(shí)整流電壓平均值之比； C 是與整流主電路形式有關(guān)的系數(shù)； %KU為變壓器的短路電壓百分比， 100 千伏安以下的變壓器取 5%?K， 100～ 1000 千伏安的變壓器取10~5?KU； ?為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)。 (4)平波電抗器有一定的直流電阻，當(dāng)電流流經(jīng)該電阻時(shí)就要產(chǎn)生一定的電壓降。 (2)晶閘管并非是理想的可控開關(guān)元件，導(dǎo)通時(shí)有一定的管壓降，用 TV表示。 為了保證負(fù)載能正常工作，當(dāng)主電路的接線形式和負(fù)載要求的額定電壓確定之后，晶閘管交流側(cè)的電壓 2U只能在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，為此必須精確計(jì)算整流變壓器次級(jí)電壓 2。 第 七 章 勵(lì)磁回路元件計(jì)算和選擇 變壓器的選擇 在一般情況下，晶閘管裝置所要求的交流供電電壓與電網(wǎng)電壓往往不一致；此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾，要求它們相互隔離，故通常要配用整流變壓器，這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè) 繞組采用△聯(lián)接，二次側(cè)繞組采用 Y 聯(lián)接。熱管散熱器特別適合于這種安裝底板絕緣的大功率 IGBT 模塊散熱。 熱管散熱技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際較流行的散熱方式，國(guó)內(nèi)近年來發(fā)展較快，被人們稱之為熱的“超導(dǎo)體”，已廣泛用于車輛電傳動(dòng)系統(tǒng)，熱管的主要特點(diǎn)：高效的導(dǎo)熱性，高度的等溫性，熱流密度變換能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)多樣靈活、重量輕。 （ 2）熔斷器額定電流選擇：其額定電流應(yīng)大于或等于電路的工作電流。 ③ 溶體的額定電流 KNI 可按下式計(jì)算 KN TI I I?? 三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù) 在本設(shè)計(jì)中，選用快速熔斷器與電流互感器配合進(jìn)行三相交流電路的一次側(cè)過電流保護(hù)，保護(hù)原理圖 如下： 圖 一次側(cè)過電流保護(hù)電路 （ 1）熔斷器額定電壓選擇：其額定電壓應(yīng)大于或等于線路的工作電壓。在選 41 擇時(shí)應(yīng)注意以下問題： ① 快熔的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓的有效值?？焖匍_關(guān)的動(dòng)作電流 2gdI 按電動(dòng)機(jī)最大過載電流整定 2g d NI KI? 式中， K 為電動(dòng)機(jī)最大過載倍數(shù)，一般不大于 ； NI 為直流電動(dòng)機(jī)的額定電流。 ② 快速開關(guān)的額定電壓 KldU ≥額定整流電壓 NU 。 （ 4）對(duì)于大容量和中等容量的設(shè)備以及經(jīng)常逆變的情況，可以用直流 快速開關(guān)進(jìn)行過載或短路保護(hù)。 （ 2）在交流側(cè)設(shè)置電流檢測(cè)裝置，利用過電壓信號(hào)去控制觸發(fā)器，使脈沖快速后移或?qū)γ}沖進(jìn)行封鎖。 過電流保護(hù)設(shè)計(jì) 過電流保護(hù)措施有下面幾種，可以根據(jù)需要選擇其中一種或數(shù)種。 圖 壓敏電阻保護(hù)電路 壓敏電阻的額定電壓的選取可按下式計(jì)算： ?? ~ ?mAU壓敏電阻承受的額定電壓峰值 式中 mAU1為壓敏電阻的額定電壓； ? 為電網(wǎng)電壓升高系數(shù)，一般 ? 取～ 。 直流側(cè)過電壓保護(hù)與計(jì)算 整流器直流側(cè)在快速開關(guān)斷開或橋臂 快速熔斷等情況，也會(huì)在 A、B 之間產(chǎn)生過電壓，可以用非線性元?dú)饧种七^電壓，本設(shè)計(jì)壓敏電阻設(shè)計(jì)來解決過電壓時(shí) (擊穿后 )，正常工作時(shí)漏電流小、損耗低，而泄放沖擊電流能力強(qiáng)，抑制過電壓能力強(qiáng)，除此之外，它對(duì)沖擊電壓反應(yīng)快，體積又比較小，故應(yīng)用廣泛。 一般 在 20～ 25 之間，在取 20a? 時(shí)，mAR UK ?。 38 圖 二次側(cè)過電壓壓敏電阻保護(hù) （ 1）壓敏電阻的額定電壓 mAU1選擇可按下式： 2mA lUU? 式中， mAU1壓敏電阻的額定電壓， VYJ 型壓敏電阻的額定電壓有： 100V、 200V、 4 760V、 1000V等； l2變壓器二次側(cè)的線電壓有效值，對(duì)于星形接法的線電壓等于相電壓，22 3UU l ?。因 此，是一種較好的過電壓保護(hù)元件。在電路中，過流保護(hù)環(huán)節(jié)還輸出一個(gè)信號(hào)到與門的輸入 端，當(dāng)出現(xiàn)過流信號(hào)時(shí)，檢測(cè)環(huán)節(jié)輸出一低電平信號(hào)到與門的輸入端，使脈沖消失，與 SG3525 的故障關(guān)閉功能一起構(gòu)成雙重保護(hù)。 過流保護(hù)信號(hào)取自電阻兩端的電壓， 當(dāng)主電路的電流高于一定數(shù)值時(shí)，電磁繼電器的開關(guān)閉合，接通低電平， 37 該過電流信號(hào)還送到 SG3525 的腳 10。一般情況下 IGBT 開關(guān)電路的集電極不需要串聯(lián)電感，其開通損耗可以通過改善柵極驅(qū)動(dòng)條件來加 以控制。所以從關(guān)斷的角度考慮，希望主電路的電感和電流下降率越小越好。 IGBT 開關(guān)過程中的過電壓保護(hù) 關(guān)斷 IGBT 時(shí)，它的集電極電流的下降率較高 ，尤其是在短路故障的情況下，如不采取軟關(guān)斷措施，它的臨界電流下降率將達(dá)到數(shù)kA/μ s。降柵壓后設(shè)有固定延時(shí)，故障電流在這一延時(shí)期內(nèi)被限制在一較小值，則降低了故障時(shí)器件的功耗，延長(zhǎng)了器件抗短路的時(shí)間，而且能夠降低器件關(guān)斷時(shí)的 di/dt，對(duì)器件保護(hù)十分有利。所以往往是保護(hù)電路啟動(dòng)了，器件仍然壞了。但是，軟關(guān)斷抗騷擾能力差，一旦檢測(cè)到過流信號(hào)就關(guān)斷，很容易發(fā)生誤動(dòng)作。 通常采取的保護(hù)措施有軟關(guān)斷和降柵壓 2 種。如飽和壓降小于2V 的 IGBT 允許承受的短路時(shí)間小于 5μ s，而飽和壓降 3V 的 IGBT 允許承受的短路時(shí)間可達(dá) 15μ s， 4～ 5V 時(shí)可達(dá) 30μ s 以上。這種過載電流保護(hù)，一旦動(dòng)作后，要通過復(fù)位才能恢復(fù)正常工作。 (1) IGBT 的過電流保護(hù)： IGBT 的過流保護(hù)電 路可分為 2 類：一類是低倍數(shù)的（ ～ 倍）的過載保護(hù)；一類是高倍數(shù)（可達(dá) 8～10 倍）的短路保護(hù)。所以重要的是怎么設(shè)計(jì)好對(duì)開關(guān)管 IGBT 的保護(hù)方案。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故 取 FC ?22020 ? ， 耐壓 VU DM . ??? 取V500 即選用VF 500,2200?電容器。 設(shè)計(jì)中選的 IGBT 管的型號(hào)是 GT40T101,它的參數(shù)如下： 管子類型： NMOS 場(chǎng)效應(yīng)管 極限電壓 Vm： 1500V 極限電流 Im： 80A 34 額定電壓 U： 220V 續(xù)流二極管的選擇 根據(jù) VVUU srm 738~492)3~2( ?? AAII dcm 137~)2~( ?? 得知 續(xù)流二極管應(yīng)選A1額定電壓為的V700二極管 三相全控橋整流二極管選擇 二極管承受反向最大電壓VUU dm 2 ???? 考慮 3 倍裕 量，則VTN ???取V1000 該電路整流輸出接有大電容，而且負(fù)載也不是純電感負(fù)載，但為了簡(jiǎn)化計(jì)算，仍可按電感計(jì)算，只是電流裕量要可適當(dāng)取大些即可。其符 號(hào)和波形圖如圖 所示。這種器件具有 MOS 門極的高速開關(guān)性能和雙極動(dòng)作的高耐壓、 33 大電流容量的兩種特點(diǎn)。 VUd 220? 考慮占空比 為%90，則VUU ds ?? 取 US ? VS ?? 考慮 10%的裕量 VU ?? 一、二次電流計(jì)算 AII d ?? 變比 ??? UUK AKII ?? 考慮空載電流，取 ??? 變壓器容量計(jì)算 AKVIUS ????? AKVI ????? AKVSSS ?????? )(2)( 21 設(shè)計(jì)時(shí)留取一定的裕量，可以取容量為AKV?20整流變壓器。這里選項(xiàng)用的變壓器的一次側(cè)繞組采用△聯(lián)接。此外，為了盡量減小電網(wǎng)與晶閘管裝置的相互干擾。 此外， SG3525 還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐?PWM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來， PWM 瑣存器才被復(fù)位。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過程。 外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)輸出電