【正文】 ，還和電阻的大小有關(guān)。只有滿足，即時(shí)，RLC串聯(lián)電路中的電容電壓才可能發(fā)生諧振而達(dá)到最大值。(3)從圖中還可以看出電感電壓UL(t)的最大值發(fā)生在ωL處,而ωLω0,:（322）因此,電感電壓的諧振頻率同樣與R有關(guān),也同樣滿足，即時(shí)，電感電壓才可能發(fā)生諧振而達(dá)到最大值。(4)RLC串聯(lián)諧振電路的相位特點(diǎn)：電容電壓和電感電壓相位相反,電感電壓相位超前電流相位90176。,而電容電壓相位落后電流相位90176。 橋式RLC串聯(lián)諧振電路工作狀態(tài)分析。（1）當(dāng)諧振頻率小于開關(guān)頻率時(shí)諧振電感電流連續(xù)工作，開關(guān)導(dǎo)通的順序?yàn)椋篠S4→DD4→SS3→DD3。諧振電路為容性，電壓滯后電流波形。電流超前電壓提前過零，故可以使開關(guān)管電流過零關(guān)斷，但開通是硬開通，存在開關(guān)損耗。反并聯(lián)二極管為自然開通，但關(guān)斷時(shí)有反向恢復(fù)電流，因此反并聯(lián)二極管必須采用快恢復(fù)二極管。為了減小開關(guān)損耗，實(shí)現(xiàn)零電流開通，可以在開關(guān)管中串聯(lián)電感或飽和電感。開關(guān)管開通之前，飽和電感電流為零。當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，飽和電感限制開關(guān)管的電流上升率，使開關(guān)管電流從零慢慢上升，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電流開通，同時(shí)改善了二極管的關(guān)斷條件，消除了反向恢復(fù)問題。（2）當(dāng)諧振頻率大于開關(guān)頻率時(shí)諧振電感電流連續(xù)工作，開關(guān)導(dǎo)通的順序?yàn)椋篠S4→DD3→SS3→DD4。開關(guān)管為零電壓開通，但關(guān)斷為硬關(guān)斷，存在關(guān)斷損耗。反并聯(lián)二極管為自然關(guān)斷。諧振電路為感性，電壓超前電流波形。為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，可以在兩個(gè)開關(guān)管上分別并聯(lián)吸收電容，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容電壓為零。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，其電流轉(zhuǎn)移到并聯(lián)電容上，電容限制了開關(guān)管兩端電壓的上升率，電壓從零慢慢升高，從而實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管的零電壓關(guān)斷，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了反并聯(lián)二極管的零電壓開通。不需要為快恢復(fù)二極管。該諧振電路可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的部分軟開關(guān)，這對(duì)于在幾十KHz的工作頻率下減少開關(guān)損耗有十分重要的意義，同時(shí)可以減小散熱器的體積。167。 直流電源主電路結(jié)構(gòu)如圖36所示。和交流電源相比，直流電源在變壓器的副邊增加了高壓硅堆整流和濾波電感LAP，而少了交流電源的交流耦合電容。圖中LPF、CPF組成原邊直流環(huán)節(jié)的濾波和支撐電路。LDR為原邊串聯(lián)諧振電感，TD為高頻變壓器，LAP為高壓直流濾波電感，LS為抗電路短路電感，CL和Rt的并聯(lián)電路為反應(yīng)器的電路等效模型。圖36 直流電源的電路原理圖 Figure36 Schematic diagram of the AC power supply main electrical circuit 該電路由于升壓變壓器TD副邊高壓硅堆整流電路的影響，流過負(fù)載電容CL的電流只有一個(gè)方向，所以和上節(jié)所述交流電源的RLC電路全諧振有很大的不同。在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電路先通過整流電路對(duì)負(fù)載電容CL進(jìn)行充電，當(dāng)負(fù)載電容上電壓達(dá)到最大值時(shí)，不再向電容充電，此時(shí)副邊電流為0。當(dāng)電容CL電壓達(dá)到一定值時(shí)，反應(yīng)器放電，向并聯(lián)電阻Rt放電，電容電壓下降。在實(shí)際電路中，變壓器原邊為了減少集膚效應(yīng)的影響選用扁平銅帶作為繞組，扁平銅帶的采用就大大的增加了變壓器原邊的寄生電容，這個(gè)電容在該直流電源電路中的影響不能忽略，所以電路這時(shí)的諧振是由于原邊電路中LDR和該寄生電容之間的以逆變方波作為激勵(lì)源的電路諧振，該諧振電路經(jīng)過變壓器及副邊整流電路后對(duì)負(fù)載的電容進(jìn)行充電。由上面的分析可以得出該電路的工作過程分為以下幾個(gè)階段：首先電源通過串聯(lián)電感對(duì)負(fù)載電容進(jìn)行充電，充電電流逐漸減??；當(dāng)電容電壓充到一定程度即充電電流為零時(shí)，此時(shí)電流流過變壓器的寄生電容，和串聯(lián)電感組成諧振電路，由于諧振的影響，電壓大于負(fù)載電壓，繼續(xù)通過整流電路充電，當(dāng)負(fù)載電容上電壓達(dá)到放電電壓時(shí)，負(fù)載上的電荷通過等效并聯(lián)電阻放電，電容電壓下降，電源將繼續(xù)通過串聯(lián)電感對(duì)負(fù)載充電，如此周而復(fù)始。因此可以看成為并聯(lián)負(fù)載串聯(lián)諧振電路，即負(fù)載是并聯(lián)在串聯(lián)諧振電容兩端。圖38為直流電源電路簡(jiǎn)化等效電路原理圖，可以看出，電路可以等效成并聯(lián)負(fù)載的串聯(lián)諧振電路。Req為反應(yīng)器的等效電阻折合到原邊的電阻，即有Req＝Rt/n2,變壓器的匝比為1:n。LDR為直流測(cè)等效電感，包括變壓器漏感和直流測(cè)原邊串聯(lián)電感。CA為變壓器原邊寄生電容。圖3－7直流電源并聯(lián)負(fù)載串聯(lián)諧振電路圖Figure37 Parallel load series resonant circuit schematic diagram of DC power supply圖38并聯(lián)負(fù)載串聯(lián)諧振等效電路圖Figure38 Parallel load series resonant equivalent circuit 從原理圖可以得到下述表達(dá)式：（323）（324）代入化簡(jiǎn)可得：（325） 和上節(jié)求解交流電源串聯(lián)諧振方法一樣，求該微分方程的特解為電路的穩(wěn)態(tài)解：（326）利用待定系數(shù)法可得表達(dá)式如下：（327） （328）（329）從上述表達(dá)式可以看出，負(fù)載電容CL上輸出電壓的頻率和輸入電壓為同頻率的。輸出電壓和Rt有關(guān)，由于該電路負(fù)載為反應(yīng)器，在放電過程中，其阻抗會(huì)迅速下降，所以輸出電壓也會(huì)有一定的下降。從等效電路可以看出，當(dāng)電阻較小時(shí)，負(fù)載等效電容會(huì)通過該電阻放電，此時(shí)輸出電壓上會(huì)出現(xiàn)2倍輸入頻率的交流分量。這個(gè)現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)過程中得到了驗(yàn)證。在反應(yīng)器放電前，由于反應(yīng)器等效電阻為無窮大，可以認(rèn)為該支路為短路，上述等效電路可以簡(jiǎn)化為只有LC的諧振電路（線路阻抗忽略）。167。 交直流疊加電路工作原理分析 交直流疊加電路的目的是在高壓直流的基壓上疊加高頻高壓的交流，最后在放電反應(yīng)器上得到交直流疊加電壓。該電路要求電壓在疊加的時(shí)候，電壓損失要小，交直流電源之間的影響要小，同時(shí)由于是高壓疊加，電路需要簡(jiǎn)單和安全可靠。根據(jù)電源實(shí)際應(yīng)用的要求，設(shè)計(jì)交直流疊加電路如下：圖39 交直流疊加電路的原理框圖Figure39 Schematic diagram of AC+DC circuit交直流疊加電路的原理框圖如圖39所示。實(shí)際放電反應(yīng)器為線板式，反應(yīng)器的等效模型可以看作是電容，如圖中C2所示。C1為隔直耦合電容，其功能為將所產(chǎn)生的交流高壓耦合至反應(yīng)器兩端，同時(shí)隔除高壓直流電源對(duì)交流電源的影響。L1為隔交濾波電感，其作用對(duì)高壓整流后的直流進(jìn)行濾波，同時(shí)隔除交流電源對(duì)直流電源的影響，在參數(shù)選擇時(shí)需要使ωL11/ωC2。L2為抗短路電感，流光放電時(shí)，煙氣在進(jìn)入反應(yīng)器之前需要進(jìn)行加濕，反應(yīng)器在高壓放電的狀況下，容易擊穿短路，瞬時(shí)電流過大會(huì)使原邊的電流過大造成開關(guān)組件的損壞。所以在反應(yīng)器上串聯(lián)電感抑制電流的上升率，對(duì)電源進(jìn)行保護(hù)。在參數(shù)選擇上需要使ωL2 1/ωC2，避免由于電感的加入而改變反應(yīng)器負(fù)載的特性。通過該電路可以實(shí)現(xiàn)交直流電壓的疊加，同時(shí)使交直流電壓可以相互獨(dú)立可調(diào)。167。 功率母線技術(shù)在電力電子技術(shù)及應(yīng)用裝置向高頻化發(fā)展的今天，系統(tǒng)中特別是連接線的寄生參數(shù)產(chǎn)生的巨大電應(yīng)力已成為威脅電力電子裝置可靠性的重要因素，從直流儲(chǔ)能電容到逆變器的器件之間的直流母線上的寄生電感在通常的硬開關(guān)逆變器中，由于瞬時(shí)切換時(shí)的過電壓,會(huì)使器件過熱，有時(shí)甚至使逆變器失控并超過器件的額定安全工作區(qū)而損壞,限制了開關(guān)工作頻率的提高，功率母線技術(shù)由此開始得到重視。功率母線按其結(jié)構(gòu)不同可分為以下幾種：1 電纜絞線電纜絞線是最常用的傳統(tǒng)功率母線,價(jià)廉、簡(jiǎn)易,但在IGBT逆變器中,由于電纜線的自感大,與圓截面導(dǎo)線相比,扁平母線的自感只有圓導(dǎo)線的1/3～1/2,而所占的體積只有它的1/10～1/2。2 印刷電路板印刷電路板母線主要用于小電流逆變器,但當(dāng)母線直流電流達(dá)到150A時(shí),要求電路板的敷銅層很厚,造價(jià)太高,另外用來連接多層導(dǎo)線板的穿孔不但占據(jù)較大的空間,而且會(huì)影響整機(jī)的可靠性。3 裸銅板母線(平面并行母線)這是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的IGBT模塊饋電系統(tǒng)的傳統(tǒng)母線形式,其缺點(diǎn)是在于并行母線的互感較大。4 支架式母線如果將正直流母線銅板放置在負(fù)直流母線板的上方,中間用一層薄絕緣材料隔開的方法來制作母線,由于磁場(chǎng)的相互抵消,可以最大限度地降低互感,實(shí)用化其工藝復(fù)雜,不宜規(guī)?；a(chǎn),由于上述幾種功率母線都存在著不同的缺點(diǎn),因此制約了大功率變頻器體積的小型化的進(jìn)程,為此開發(fā)研制出迭層功率母線。5 迭層功率母線基于電磁理論,把連線做扁平面,在同樣截面下做得越薄越寬,它的寄生電感越小,相鄰導(dǎo)線內(nèi)流過相反的電流,其磁場(chǎng)抵消,可使寄生電感減小,這就促使萌生迭層功率母線的思路。所謂迭層功率母線以又薄又寬的銅排形式迭放在一起,各層之間用很薄的高絕緣強(qiáng)度的材料熱壓成一體,整個(gè)母線極之間的距離均勻一致,以減少互感,各層銅排都在所需要的端子位置處同其他層可靠絕緣地引出,使所具有不同電位的端子表露在同一平面上,以便于把主電路中的所有器件與之相連。這種整體的迭層功率母線結(jié)構(gòu),可承受數(shù)百公斤的切應(yīng)力,其導(dǎo)電極之間可承受數(shù)千伏的電壓。使用迭層功率母線將IGBT和整流管等模塊、散熱器、電容器及柵極驅(qū)動(dòng)電路組合在一起,迭層功率母線與器件之間的連接是用不同的端子和插接件等來完成的,以使相連接時(shí)的接觸表面與母線之間的接觸電阻非常小,也使得寄生電感成數(shù)量級(jí)的減小,從而使Ldi/dt的過電壓應(yīng)力降至最低,保證電力電子裝置工作在最佳狀態(tài)。167。4 交直流疊加電源的參數(shù)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)分析對(duì)于準(zhǔn)備應(yīng)用工業(yè)應(yīng)用的交直流疊加脫硫電源，設(shè)計(jì)要求為：功率：直流40kW，交流40kVA直流基壓：0～60kV交流頻率：16kHz在20nF的負(fù)載電容上產(chǎn)生峰峰值為30kV交流電壓。電源效率80%167。 交流電源的參數(shù)設(shè)計(jì) 逆變電路的參數(shù)設(shè)計(jì)交流電源副邊電流主要由反應(yīng)器的負(fù)載等效電容和所要求輸出的電壓幅值決定。當(dāng)副邊反應(yīng)器上交流電壓的峰峰值為20KV時(shí)，則副邊電流的單峰值見下式41：IS=ωCU=2πfCU＝2**16*103*20*109*15*103＝30（A）（41）考慮到電壓諧振和原邊開關(guān)管容量造價(jià)以及副邊短路電流的大小，交流側(cè)變壓器采用變比為1：5，所以原邊電流為：IP=NIS=5*30=150(A) （42）交流電源副邊隔交電容選用聚苯乙烯超高壓電容。單個(gè)容量為20nF，耐壓為80KV，采用4個(gè)，相互之間通過兩串兩并的聯(lián)接方式，總的電容值為20nF。該電容在使用時(shí)浸在純凈的工業(yè)用高壓絕緣油中，這樣可以有效的延長(zhǎng)其使用壽命?？紤]到高頻變壓器的耐壓要求，要求在變壓器原邊峰值電壓不大于兩倍的直流支撐電壓值，即保證在直流支撐電壓最大500V時(shí)在，變壓器原邊的峰值電壓為1000 V，負(fù)載電容上獲得峰值為15kV的交流電壓，根據(jù)此要求可以確定，交流電源原邊、副邊串聯(lián)電感LDR、Ls。直流支撐電壓為500V時(shí)，副邊電流為30A，變壓器副邊電壓小于5000V：IS(1/ωCDP＋1/ωCL－ωLs)≤5000V （43）保證在負(fù)載電容上串聯(lián)諧振獲得15kV的峰值電壓：IS(1/ωCDP＋1/ωCL－ωLs－ωN2LDR)＝2500V （44）計(jì)算得Ls≥，LDR≤33uH。經(jīng)過實(shí)際實(shí)驗(yàn)分析， mH，LDR為20uH。變壓器原副邊的電感均為空心電感，由于空芯電感沒有鐵芯，克服了在大電流情況下磁路飽和的問題。逆變部分采用單相全橋逆變電路。考慮到電路可靠性和系統(tǒng)性能的要求，逆變電路中的功率開關(guān)器件選用賽米控（SEMIKRON）新推出的SEMIX TM 系列IGBT模塊。SEMiX TM主回路端子的高度設(shè)計(jì)為 17mm。兩個(gè)AC和DC端子分別位于模塊的上下兩側(cè)，使主回路的連接更為方便，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的功率電子系統(tǒng)；主回路端子的設(shè)計(jì)排列允許將驅(qū)動(dòng)器置于模塊的頂端。SEMiX TM的壓蓋還提供了一個(gè)附加的功能：由PCB板構(gòu)成的壓蓋帶有一個(gè)夾層，該夾層可以連接到模塊的底板上，用以增強(qiáng)對(duì)EMI的屏蔽作用；內(nèi)置的柵極－發(fā)射極電阻可以保護(hù)柵極不被懸空；每個(gè)SEMiX TM模塊包括一個(gè)具有NTC特性的集成溫度傳感器，用來監(jiān)測(cè)模塊的溫度；SEMiX TM模塊還為頂部的IGBT留置了一個(gè)集電極傳感端子；SEMiX 的功率端子是直接焊接到 DCB 基片上的，從而最大限度地優(yōu)化了功率端子的散熱，并極大地降低了連線損耗，充分地發(fā)揮了溝槽式IGBT的優(yōu)勢(shì)；在1200V的電壓等級(jí)中，還采用了軟穿透式(SPT) IGBT和CAL二極管的組合，特別用于開關(guān)頻率較高時(shí)；IGBT 模塊為驅(qū)動(dòng)器提供了標(biāo)準(zhǔn)的可焊接或即插式接口。 　　在器件容量和耐壓的選擇上，既要考慮到電路正常工作的需要，又要考慮電源成本，選用賽米控（SEMIKRON）的SEMIX553GB128D，TC=25 (80)℃，其集電極的額定電流為540(380)A，耐壓為1200V。由上一節(jié)分析可知電路正常工作時(shí)的最大電流為150A，選用SEMIX553GB128D即可避免不必要的過流保護(hù)，又可滿足電路正常工作的需要。電網(wǎng)電壓經(jīng)過三相全橋整流電路后，輸出直流母線電壓的峰值為：*380=537（V），考慮到2倍的設(shè)計(jì)裕量，在耐壓上SEMIX553GB128D也能很好的符合實(shí)際的要求。逆變電路的吸收電路采用專用的無感吸收電容構(gòu)成。電容采用無感吸收專用電容，根據(jù)SEMIX應(yīng)用手冊(cè)上所述：為了控制瞬態(tài)電壓，以每100A集電極電流大約取1uF的方法確定電容量，這樣得到的電容值是充分的。電容量選擇為2uF，利用1uF的兩個(gè)電容并聯(lián)，這樣可以有效的減少引線電感的影響。直流環(huán)節(jié)濾波電路采用LC濾波電路。對(duì)三相全控整流橋輸出電壓在時(shí)進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開：（45）顯然輸出電壓的紋波主要由300Hz的分量決定，其脈動(dòng)系數(shù)為。利用公式： （46） 其中K1為諧波含量中基波分量的波形系數(shù)，K1=2/35；fd為基波分量的頻率，fd＝300HZ；Si為允許的電流脈動(dòng)系數(shù)，通常Si5％～10％。 （47）在實(shí)際的電路中，濾波電感選取1mH。濾波電容的設(shè)計(jì)：如要求基波的平滑系數(shù)為g≤5％，則應(yīng)有： （48）考慮到耐壓和容量的要求，濾波電容采用450V，3300uF的電解電容采用六并兩串的方式，這樣串并聯(lián)聯(lián)后總耐壓為900V，總?cè)萘繛?900uF。同時(shí)在每個(gè)電解電容上并聯(lián)一個(gè)33KΩ，20W的功率電阻，起到為電解電容均壓和瀉放電荷的作用。在全控橋整流的輸出端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管，其作用主要有以下兩個(gè)：一方面可以避免由于觸發(fā)脈沖忽然丟失時(shí)引起的晶閘管失控，另一方面在感性負(fù)載的條件下，可使得負(fù)載特性發(fā)生根本性的改變，由感性負(fù)載轉(zhuǎn)化為純阻性，大大改善系統(tǒng)的控制特性。續(xù)流二極管僅在導(dǎo)通角為（60176?！?20176。）時(shí)才起作用，流經(jīng)最大平均電流為： （49）故選擇續(xù)流二極管容量為：1200V，75A。整流電路晶閘管正常工作時(shí)所承受的最高電壓為*380=537（V），所以耐壓選擇為1200V。晶閘管的通態(tài)平均電流：ITA＝150/(**3)＝ （410）在設(shè)計(jì)中考慮到2倍設(shè)計(jì)裕量，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)的需要希望有較大的調(diào)節(jié)范圍，故容量選擇為1200V，75A。吸收電路采用阻容串聯(lián)吸收電路。選擇經(jīng)驗(yàn)值為R=62Ω,功率為15W；C= 。167。 直流電路的參數(shù)設(shè)計(jì)直流電源副邊電流主要由反應(yīng)器的等效電阻決定，電流的最大值應(yīng)該出現(xiàn)在反應(yīng)器流光放電時(shí)（由高壓放電除塵器的經(jīng)驗(yàn)值確定）。在間距為100mm的反應(yīng)器上，峰值直流電流為200mA。直流測(cè)電源由于副邊電流較小，變壓器變比可以較高，同時(shí)由于直流電源和交流電源諧振方式不同，需要較大的變比才能得到較高的電壓。所以變比設(shè)計(jì)為1：200。直流電源原邊串聯(lián)電感值通過副邊短路時(shí)最大電流來確定。當(dāng)原邊電流的峰峰值為300A時(shí)，則有 （411） 在實(shí)際中，選擇電感的值為20μH。由于該電源最后是采用交直流疊加的方式對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電，實(shí)驗(yàn)中需要研究交直流疊加電壓的比例和各自的能耗，故設(shè)計(jì)容量的冗余較大同時(shí)兩組電源原邊主電路結(jié)構(gòu)相同，這樣交直流電源采用一樣的容量設(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化主電路的設(shè)計(jì)和制作。由上面的分析可知，交流電源的容量能夠滿足直流電源的容量要求，所以制作設(shè)計(jì)直流電源時(shí)，采用交流電源的設(shè)計(jì)參數(shù)。 167。 交直流疊加電路的參數(shù)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)：圖4－1 交直流疊加電路框圖Figure41 Block diagram of AC+DC circuit對(duì)于交流回路來講：應(yīng)該有ωLAP()，這樣隔交電感支路的阻抗遠(yuǎn)大于負(fù)載支路的阻抗，可以大大的減少交流電路對(duì)直流電路的影響。耦合電容CDP容量的選擇要考慮到電路短路時(shí)，為了避免電