1、北京石油化工學(xué)院BEIJING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY課程設(shè)計用紙前言逆變是利用晶閘管電路把直流電轉(zhuǎn)變成交流電, 這種對應(yīng)于整流的逆向過程。例如：應(yīng)用晶閘管的電力機車，當下坡時使直流電動機作為發(fā)電機制動運行，機車的位能轉(zhuǎn)變成電能，反送到交流電網(wǎng)中去。又如運轉(zhuǎn)著的直流電動機，要使它迅速制動，也可讓電動機作發(fā)電機運行，把電動機的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽此偷诫娋W(wǎng)中去。把直流電逆變成交流電的電路稱為逆變電路。在特定場合下，同一套晶閘管變流電路既可作整流，又能作逆變。變流器工作在逆變狀態(tài)時，如果把變流器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送

2、到電網(wǎng)去，叫有源逆變。如果變流器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接， 而直接接到負載, 即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負載，則叫無源逆變。交流變頻調(diào)速就是利用這一原理工作的。有源逆變除用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)外，還用于交流饒線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速和高壓直流輸電等方面。逆變電源因體積小、重量輕、節(jié)材、節(jié)能、轉(zhuǎn)換效果高等特點，現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。目前逆變電路的拓撲結(jié)構(gòu)主要有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式、全橋式等多種類型。根據(jù)需求可采用不同拓撲形式的逆變電路滿足其需求。目前 IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）是逆變電源中常用的功率器件，已逐步取代原晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管（MOSFE） T。

3、由于橋式逆變電源在選擇功率開關(guān)器件耐壓要求可以稍低，并有較高的功率輸出，現(xiàn)通常采用全橋式逆變電路來實現(xiàn)較大功率輸出。課程設(shè)計所要求做的是2kw的逆變電源主電路設(shè)計（要求： 電網(wǎng)電壓380v， 允許變化10%,要求輸出220v， 50KHz交流電壓向負載供電）。目錄1. 逆變電源發(fā)展及主電路的選擇1.1 逆變電源的發(fā)展·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · &#

4、183; · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1.2 主電路的結(jié)構(gòu)選擇·· · · · · · · · · · ·

5、; · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2. 主電路部分設(shè)計2.1 整流電路設(shè)計部分2.1.1 整流二極管的選擇2.1.2 整流二極管的保護設(shè)計2.2 濾波電容Cd的選取2.3 斬波電路設(shè)計

6、· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

7、 · · · · · · · · · · ·2.3.1 斬波參數(shù)的選擇·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · &

8、#183; · · · · · · · · · · · · ·2.4 逆變電路部分設(shè)計2.4.1 絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的選擇2. 4. 2 I GBT的 保 護 設(shè) 計 3. 高頻變壓器設(shè)計部分3.1 高頻變壓器主要參數(shù)3.2 變壓器磁芯的選擇3.3 高頻變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組匝數(shù)計算·· · · · · · · · · · ·

9、83; · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·3.4 計算繞組導(dǎo)線線徑及估算銅窗占有率·· · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

10、; · · ·4. 心得體會5. 參考文獻 1. 逆變電源發(fā)展方向及主電路的結(jié)構(gòu)選擇1.1 逆變電源的發(fā)展方向高頻逆變電源的發(fā)展與電力電子技術(shù)和器件的發(fā)展密切相關(guān)，高頻逆變式電源正是隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。感應(yīng)加熱技術(shù)從誕生至今，經(jīng)過近百年的發(fā)展，取得了令人矚目的成果，尤其是六十年代以后， 固態(tài)電力電子器件的出現(xiàn)與發(fā)展，使感應(yīng)加熱技術(shù)和現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多方面密切相關(guān)，發(fā)揮了 很大的的作用，因此世界各國都十分關(guān)注感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展，并投入了相當?shù)慕?jīng)濟支持和技術(shù)力量。目前傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源與固態(tài)感應(yīng)加熱電源取長補短，互補共存。目前逆變式電源技術(shù)正朝以下方

11、向發(fā)展：1、 沿 20kHz 的技術(shù)路線開發(fā)研制50kHz、 100kHz級的逆變式電源。2、 探討旨在降低電力電子器件開關(guān)功耗，提高開關(guān)頻率的零電壓、零電流開關(guān)( 軟開關(guān) )技術(shù)，其中包括電路拓撲結(jié)構(gòu)和工程實現(xiàn)。高頻(1 10MHz)諧振開關(guān)技術(shù)，包括準諧振式和多諧振式零電壓、零電流技術(shù)，是近10 年來國際電力電子領(lǐng)域研究的熱點。目前在1 10MHz， 實驗室已達數(shù)百瓦水平；在100kHz級達幾千瓦水平。高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)只有在數(shù)百kHz以上才能充分顯示其巨大的優(yōu)越性，由于器件、材料和技術(shù)上的原因，在今后較長的一段時間內(nèi)，高頻逆變式電源依然以硬開關(guān)技術(shù)為主，但軟開關(guān)技術(shù)也將愈來愈多地得到開發(fā)

12、和應(yīng)用1 。3、 研制和生產(chǎn)大容量的逆變式電源。為適應(yīng)市場的需求，大功率、高頻率逆變式電源已經(jīng)引起越來越多人的關(guān)注，大量研發(fā)工作正在進行，而且容量還在不斷增大。4、 研制和生產(chǎn)智能控制的逆變式電源。為適應(yīng)高質(zhì)量、高性能和加熱工作的市場需求，愈來愈多地研究開發(fā)和生產(chǎn)智能控制的逆變式電源，其中包括了波形控制和模糊控制技術(shù)，人 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動跟蹤技術(shù)等等。采用波形控制和模糊控制技術(shù)的逆變式電源，在日本、美國、法國等國已有批量產(chǎn)品，我國已有研究開發(fā)成果和樣機。5、 研究功率因數(shù)校正和減少電網(wǎng)諧振干擾。目前串聯(lián)逆變式電源的輸入整流濾波單元均采用不可控二極管整流和大容量濾波電容，它會產(chǎn)生交變的嚴重非

13、正弦化和窄脈沖電流，導(dǎo)致有的逆變器功率因數(shù)很低，如半橋式逆變器只有0.65 左右。隨著逆變式電源的日益推廣應(yīng)用，電網(wǎng)諧振問題變得愈來愈嚴重，因而改善輸入電流波形和提高功率因數(shù)已成為重要的課題，特別是對三相和中大功率的逆變式電源需要進一步開展功率因數(shù)校正和減少電網(wǎng)諧振波干擾的研 究 1.2 主電路的結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)負載諧振形式的不同，可以將電源逆變器分為串聯(lián)諧振式逆變器和并聯(lián)諧振式逆變器兩種逆變結(jié)構(gòu)。圖2-1 和圖 2-2 分別給出了兩種逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)。圖 1-1 串聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)圖 1-2 并聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)1.1.2 逆變電源的結(jié)構(gòu)的選擇串聯(lián)諧振式逆變器的輸入端并接有大電容，逆變器將直流電壓

14、變換為交流電壓，因此也稱為電壓源型逆變器；電流型逆變器的輸入端串接有大電感，形成平穩(wěn)的直流電流，逆變器將輸入的直流電流變換為交流電流輸出，因此也稱為電流型逆變器。從電路原理的角度來看，兩種1-1 所示。表 1-1 兩種逆變器的比較綜合比較串聯(lián)諧振逆變器和并聯(lián)諧振逆變器的優(yōu)缺點，從適合高頻小功率應(yīng)用的角度，本設(shè)計選用串聯(lián)諧振逆變器電路拓撲。1.2 串聯(lián)諧振式逆變電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)方式因為電網(wǎng)電壓波動10%，所以要通過穩(wěn)壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定高頻變壓器原流I 10，從而穩(wěn)定高頻變壓器輸出電壓使負載正常工作。串聯(lián)諧振式逆變電源的調(diào)壓主要方法是直流側(cè)調(diào)壓。1.2.1 直流則調(diào)壓方式直流調(diào)壓通常采用相控整流或直流斬波來改

15、變逆變器的輸入直流電壓的大小。（ 1 ）相控整流調(diào)壓1-3 所示。圖 1-3 相控整流電路三相全橋可控整流電路是通過控制由6 只晶閘管實現(xiàn)的全控整流橋的開通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)直流輸出電壓，采用晶閘管整流電路雖原理易懂，并且可以通過調(diào)節(jié)控制角 ，從而穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的波動。但是結(jié)合信號控制部分來說，相對而言，通過斬波電路的信號控制來調(diào)節(jié)電壓波動更為容易實現(xiàn)。2）直流斬波調(diào)壓逆變電源中的直流斬波調(diào)功方式的調(diào)功原理如圖1-4 所示：圖 1-4 斬波調(diào)功方式原理框圖前端是由六只二極管組成的三相不可控整流器，輸出的直流電壓Ud， 經(jīng)過電容Cl 濾波后送入由開關(guān)管T、續(xù)流二極管D、濾波電感L1 組成的斬波器，調(diào)節(jié)T

16、 的占空比，逆變器得到的電壓就在0 Ud之間任意的電壓值。本設(shè)計選用不控整流加PWM軟斬波器的調(diào)壓方式。1.3 10kW 逆變電源主電路的設(shè)計圖 1-5 10kW 逆變電源主電路圖采用二極管整流，得到脈動的直流電；再用電解電容進行濾波，輸出穩(wěn)定的電壓；考慮電網(wǎng)電壓波動，通過檢測高頻變壓器原邊線圈電流I 10并與額定值相比較，調(diào)節(jié)PWM信號從而通過斬波電路穩(wěn)定高頻變壓器原邊線圈電流；用IGBT器件逆變，并用SPW控制方式對逆變開關(guān)器件進M行控制。從而使輸出端得到一系列幅值相等而脈沖寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或者需要的波形。按照一定的規(guī)則對個脈沖的寬度進行調(diào)制，即可以改變逆變電路輸出

17、的電壓的頻率。此電路特點：（ 1）可以得到相當接近正弦波的輸出電壓；（ 2）整流電路采用二極管，可以獲得接近1的功功率因數(shù)；（ 3）通過對輸出脈沖寬度的控制就可改變輸出電壓，大大加快了變頻器的動態(tài)響應(yīng)。2. 主要功率器件的計算和選擇2.1 整流部分三相 380V 電源，整流電路為三相橋式全波整流電路。假定沒有電壓變化，其輸入電壓為U=380V, 則通過三相橋式不可控整流輸出電壓直流平均值：U0=1.35 U=513V整流濾波后電壓為：U1=2 380V=537V考慮電網(wǎng)電壓波動（ ± 10%波動） 則整流濾波最高電壓為：U1max=110% U1=110% 537V=590V整流濾波

18、最低電壓為：1min=90% U1=483 V電源輸出功率為Pd=10kW,考慮設(shè)整流器、斬波器、逆變器的效率的都為%98，以及高頻變壓器的效率都為90，并假設(shè)電源的功率因數(shù)為0.95 ，設(shè)計最大整流輸出功率為：則最大整流輸出電流PdMPddM=I dm U1minI dm=100000.9 0.98 0.98 0.9512kWPdM =12KWU1537V=22.5A2.1.1 整流二極管模塊的選擇（ 1 ）二極管的平均通態(tài)電流為1/3I dm（1/3 應(yīng)是三相整流中，每組二極管通過電流的總電流的 1/3） ，則二極管電流有效值I D= I dM 。3ID=IdM=22.5A=13A33二極

19、管電流定額：IDN=2ID =2 13A =16.5A （ 考慮 2 倍安全余量）1.571.57二極管電壓定額：UNRM=2 1.1 U 1 100（V） =2 1.1 537 100V =1082V選擇額定電流為20A ， 額定電壓為1200V的快速恢復(fù)整流二極管型號：MUR20120。2.1.2 整流二極管的保護設(shè)計（ 1）過壓保護正常工作時，二極管能承受的最大峰值UM有一定的限度。超過此峰值電壓的就算過電壓。在這個流裝置中，任何偶然出現(xiàn)的過電壓均不應(yīng)該超過元件的不重復(fù)峰值電壓UDSM，而任何周期性出現(xiàn)的過電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓URSM。 這兩種電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。因此

20、，在變流電路中，必須采用各種有效保護措施，以抑制各種暫態(tài)過電壓，保護二極管元件不收損壞。抑制暫態(tài)過電壓的方法一般有3種：用電阻消耗過電壓的能量；用非線性元件限制過電壓的幅值；用儲能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護裝設(shè)的部位來分，有交流側(cè)保護，直流側(cè)保護和元件保護3種。 （以下計算均為經(jīng)驗公式）交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護采用壓敏電阻；二極管采用RC電路保護。壓敏電阻的參數(shù)和RC電路值計算與選用方法如下。常用于中小功率整流器過電壓保護時可選用35kA；用于防雷保護時可選用520kA。交流側(cè)過電壓保護計算：U1mA 1.3 2UV式中 U 壓敏電阻兩段正常工作電壓的有效值。U1mA上限的確定應(yīng)是在

21、吸收過電壓時，其殘壓低于被保護的整流二極管所允許的電壓值。側(cè)交流側(cè)壓敏電阻U1 的選擇考慮電網(wǎng)電壓波動(± 10%波動)則：U1A 1.32 1.1 380 768Vm因為通常用于中小功率整流器操作過電壓保護時，可選擇35kA，故壓敏電阻RV1 RV3選擇VJY型額定電壓為1000V， 5kA。二極管的過電壓保護：整流二極管的過電壓保護，通常是在二極管元件兩端并聯(lián)RC電路，如圖所示。整流二極管過電壓保護電路RC的選擇：電容C (2.55) 10 3 IF( F)電容耐壓UC 1.5UTN (V)， 電阻R一般取R=10 30, 對于整流管取下限值。其功率滿足：PR 1.75 fCU

22、m2 10 6(W)IF 二極管額定電流(A)Ud 整流輸出額定電壓(V)U m 二極管兩端電壓峰值。表 2-1 二極管 RC保護電路參數(shù)經(jīng)驗值IF/A1020501002005001000C/ F0.10.150.20.250.512R/1008040201052整流二極管的過電壓保護，通常是在二極管元件兩端并聯(lián)RC電路，如圖2 1 所示。則保護電路參數(shù)計算：C=(2.5 5) 10-3 20 0.05 0.1 F ，取 0.1 F ；Uc 1.5 537 806V，取1500V；R=10， PR 1.75 50 0.1 5902 10-6 3.05W，取4W。直流側(cè)過電壓保護在直流情況下：

23、U1mA （ 1.8 2.2） Ud0V式中 U d0整流濾波后的直流輸出電壓。則，U1MA （1.8 2.2） × 537V=（ 967 1181 ） V，所以壓敏電阻RV4取 1200v， 5kA。（ 2）過電流保護快速熔斷器選用原則：額定電壓：額定電壓U RN 不小于正常工作電壓的方均根值。額定電流：額定電流I RN 應(yīng)按它保護的元件實際流過的電流I R （方均根值）來選擇，一般可用下列各式計算。交流側(cè)過電流保護采用快速熔斷器額定電壓：額定電壓U RN 不小于正常工作電壓的方均根值。額定電流：額定電流I RN 應(yīng)按它保護的元件實際流過的電流I R （方均根值）來選擇，一般可用下

24、列各式計算。交流側(cè)：I RN K2 I Z maxI RN 熔體額定電流I Z max 最大整流電流K2 三相橋式取 0.816所以：IRN K2 IZMAX K2 IdM 0.816 22.5 18.36A故交流側(cè)快速熔斷器F0 F3選擇RS3額定電壓750V, 考慮熔體額定電流應(yīng)選4A的快速熔器。為限制短路電流上升率和瞬時短路電流峰值，在交流輸入端串三只進線電抗（L1L3） ,數(shù)值180 H ，進線電抗還能阻隔中頻諧波影響交流電網(wǎng)。二極管的過電流保護：I RN K2 I ZAM 18.36，故交流側(cè)快速熔斷器FU1 FU6選擇 RS3額定電壓750V,熔體額定電流20A的快速熔斷器。直流側(cè)

25、過電流保護采用快速熔斷器I RN I dM =18.36A，故直流側(cè)快速熔斷器FU7 FU8選擇RS3額定電壓750V,熔體額定電流20A的快速熔斷器。2.1.2 濾波電容Cd選擇（ 1）電解電容Cd 的作用：三相全波整流輸出的直流脈動頻率300Hz， 為了供給逆變平滑的直流電壓，必須輸入整流電路和逆變器之間加入濾波電容，以減小整流輸出后直流電的交流成分。濾波電容一用電解電容器。電解電容Cd往往只被人們誤解城市濾波電容。實際上，電解電容Cd除了濾波意外更重要的的作用是吸收負載電感的反饋能量，起無功功率存儲交換的作用。電容不僅增加了變器的效率，而且保證了逆變器的可靠運行。（ 2）濾波電容Cd 的

26、計算如果把 6 次諧波脈動電壓Ud（6）限制在U1%的范圍內(nèi)則：Id(6)I d（6） 6 次脈動電流有效值，CdU06%f =50Hz 時， =314rad/s)確 定 電 解 電 容 時 ， 應(yīng) 首 先 考 慮 電 網(wǎng) 波 動 ± 10%， 當 輸 出 整 流 輸 出 電 壓 為 最 低 值 為PdM90%U0=90% 513V462V ；且要保證輸出功率則I d(6) P 26A ；%90U 0這里 % 1% ；Cd26A513V 6 314rad / s 1%2.7 FUdc 2 1.1 U0 1184V考慮較大的電解電容可以得到更平緩的輸入電壓并綜合考慮成本實際選用兩只標稱

27、為3300 F/600V 直流的電解電容串聯(lián)使用。2.3 斬波電路設(shè)計2.3.1 斬波參數(shù)的選擇（ 1） 開關(guān)管的選擇：斬波器的頻率fr 選定為50kHz，整流橋的輸出電流即斬波器的最大輸入電流I dM=22.5A，輸入電壓為U1=537V，斬波器承受的最大電壓與整流橋一致，為537V，輸入電網(wǎng)電壓380V整流濾波后，直流輸出最大值Ud= 2 U× 1.1 × ，其中，U為 380V 電網(wǎng)電壓有效值；1.1 為電壓波動系數(shù)； 為 1.1 裕量 （ 或安全 ） 系數(shù)。則，Ud= 2 × 380× 1.1 × 1.1=650V。該值為IGBT所承受

28、的穩(wěn)態(tài)最大電壓值。但在實際工作中，IGBT所承受的最大峰值電壓往往在關(guān)斷時，其關(guān)斷峰值電壓Uceps=(Ud× 1.15+150) · 。其中，Ud為直流輸出電壓大值；1.15 為過電壓系數(shù)；150 為感抗電流上升率di/dt 引起的尖峰電壓(V) ； 為 1.1 裕量 ( 或安全 ) 系數(shù)。則 Uceps=(Ud× 1.15+150) × =(650 × 1.15+150) × 1.1=987.25 V ，考慮 IGBT電壓格則選1200V為實際電壓值。流過斬波器的最大電流為I=( 1.5 2)22.5=( 33.75 45) A

29、， 所以選擇50A ， 1200V IGBT選取 FUJI 公司的IGBT， 型號1MBH50D_12，0 故即使在該開關(guān)管發(fā)熱情況較嚴重的情況下仍可保證其通流能力在可靠范圍內(nèi)。( 2)開關(guān)管反并聯(lián)二極管Ds 的選擇：開關(guān)管反并聯(lián)二極管Ds其電流值為I dM=22.5A， 其參數(shù)與第四章中的整流二極管參數(shù)基本一致， 所以考慮安全余量選擇額定電流30A ， 額定電壓1200V的快速恢復(fù)二極管，型號： MUR30120( 3)續(xù)流二極管Df 的選擇：續(xù)流二極管Df 的參數(shù)也與第四章中的整流二極管參數(shù)基本一致，所以考慮安全余量選擇額定電流 20A ，額定電壓1200V的快速恢復(fù)二極管，型號：MUR2

30、0120( 4)軟開關(guān)諧振電感和諧振電容的選擇：Lr 和 Cr 的設(shè)計取決于它的諧振頻率fr 和最大輸出電流Iomax?？梢园凑找韵率阶舆M行確定。1 KcU1Lr2 fr IdM60.8mH10.8 5373250 10322.5C 1 I dM122.50.167nFr 2 fr KcU1 250 103 0.8 537rc式中：Kc=0.8 。取 Lr=60.8 mH , Cf =0.167 nH ，電容耐壓值1500。2.4 逆變電路部分設(shè)計2.4.1 絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的選擇(1) 確定電壓額定值UcespU d=3802 1.1 =650V式中， 為波動系數(shù)，值取1.1

31、。關(guān)斷時的峰值電壓表 2 2 IGBT 電壓選擇則 Ucesp =( 650× 1.15+150) =987.25V式中 1.15為過電壓保護系數(shù)； 為安全系數(shù)，一般取1.1 ； 150為電感引起的尖峰電壓?？紤]表 4 1 IGBT 的電壓規(guī)格，本設(shè)計中選用的IGBT額定電壓為1200V(2)IGBT 模塊額定電流確定：主變壓器一次側(cè)電流：I 1.=I2 NS I2 U 20，其中，NP高頻為變壓器原邊繞組的匝數(shù)；NsNP U10為高頻變壓器副邊繞組的匝數(shù)；U10為變壓器一次側(cè)電壓，因為經(jīng)整流逆變后輸出電壓為方波電壓， 其有效值不變所以U10=U1=537V;U20 為變壓器二次側(cè)電

32、壓，由設(shè)計基本條件得出U20=220V； I 2Pd10000W為變壓器二次側(cè)電流,I 20= P 10000W45.5A 。U20220V則， I10 I20 U20 45.5A 220V18.6A 。U10537VIGBT 模塊每只管上的平均電流額定值( 全橋式整流)I=0.5 × I 10=0.5 × 18.6=9.3A ，如選用IGBT模塊給定電流額定值是在結(jié)溫TC=25條件下，則模塊電流值I CS應(yīng)按下列條件給予確定。ICS= 2 × I × 1.5 × 1.4=1.414 × 9.3 × 1.5 × 1

33、.4=27.5A ，式中：2 為峰值系數(shù)；I 為 IGBT管上平均電流；1.5 為單位時間(1min) 過載容量系數(shù)；1.4 為 IGBT的 I C減小系數(shù)。根據(jù)Ucesp=987V，I CS=27.5 ，考慮充足的安全余量選擇型號為FUJI 公司的IGBT，型號1MBH30D_12。0 通過上述兩種對IGBT模塊選擇和理論計算，IGBT模塊選基本吻合的，這說明實際工作中所選用的IGBT是可行的。2.4.2 IGBT 的保護設(shè)計( 1)過電壓保護功率主回路的吸收電路如圖6所示 , 是用來吸收IGBT關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管反向恢復(fù)浪涌電壓。在某些應(yīng)用中，吸收電壓還可以減少IGBT的開關(guān)損耗。通

34、常有典型的4種吸收電路，選擇時則考慮功率電路的大小來選擇相應(yīng)吸收電路。IGBT的過壓保護如圖2 2所示圖 2 2 IGBT 過壓保護電路I C （tfv t f ）電容C的選?。焊鶕?jù) C= C fv f i ；U CE其中 I C-IGBT最大集電極電流（A）tfv -IGBT最大集電極電壓上升時間（s）,tfi -IGBT最大集電極電流下降時間（s）,UCE-IGBT最大集電極與發(fā)射極電壓（V）；一般電容不要選擇過大，以0.1 F0.2 F為宜，否則電阻發(fā)熱嚴重。（取 C=0.2 F）電阻的選擇：R=ton3C其中 t on-IGBT最小導(dǎo)通時間；C-吸收緩沖電路中電容值。在逆變頻率為20k

35、Hz則D（ 占空比 ）=ton=t on× fT（ 周期 ）on=D=0.13=2sf 50 103電源最小占空比為0.1 ，由 R= ton 確定阻值大小。所以，R=3.3 ，取5 。3C二極管D的選擇：快恢復(fù)二極管（FRD） ：有0.8-1.1V 的正向?qū)▔航担?5-85ns 的反向恢復(fù)時間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形。整流輸出的最大電流為 I= （ 1.5 2）22.5= （ 33.75 45） A ，所以選擇50A， 1200V故即使在該開關(guān)管發(fā)熱情況較嚴重的情況下仍可保證其通流能力在可靠范圍內(nèi)。所以器件選取型號：MUR5012。0（ 2）過

36、電流保護過電流保護的熔斷器的額定電流，取值取IGBT額定電流的1.52倍裕量，即：IRN=27.5 ×（1.52 ） =41.25A 55A，URN=1000V。所以FU9 FU12選擇RS3型額定電壓1000V,熔體額定電流50A的快速熔斷器。3 高頻變壓器的設(shè)計3.1 高頻變壓器主要參數(shù)高頻變壓器輸出功率PT=Pd=10000W;原邊繞組電壓幅值U1=537V；次級輸出電壓U20=2200V：開關(guān)頻率f =50kHz；額定輸出電流I 20=45.5A；變壓器效率0.93.2 變壓器磁芯的選擇適用于高頻的磁芯材料有鐵氧體磁芯，鐵粉磁芯以及非晶合金。設(shè)計時，要查找三類磁芯的基本特性以

37、選擇合適的磁芯材料，在一般情況下都可選用鐵氧體材料滿足設(shè)計要求。然后在根據(jù)廠家提供的磁芯材料手冊( 一般可在磁芯廠家網(wǎng)站獲得) 選取具體的磁芯材料編號并獲得其具體特性參數(shù)。磁芯規(guī)格的選取通?？上裙浪阕儔浩鞯男?，然后由輸出功率和估算效率計算出變壓器的輸人功率，再根據(jù)生產(chǎn)廠家給出的磁芯規(guī)格和傳送功率的關(guān)系數(shù)據(jù)來選擇。如果手頭缺少上述資料，可利用常用Ap法進行估算選取。PT 106A P A eA Q( 3.1 )2 fsBm KmKC式中：2A e 為磁芯截面積(cm ) ；A Q為磁芯窗口面積(cm2) ；PT為變壓器的標稱輸出功率(W) ；Bm是磁芯工作的磁感應(yīng)強度(G) ；是線圈導(dǎo)線的電流

38、密度，通常取=2 3(A/mm2)；Km是窗口填充系數(shù)，一般取0.2 0.4；fs 為開關(guān)頻率；K C是磁芯的填充系數(shù)，對于鐵氧體KC=1.0 。要選取磁芯的AeAW接近且大于式(1) 中的AP值。取=2A/mm2并將PT 10000W ；K m=0 4：KC=1.0；3 f =5Ox10(Hz) ：為了多留些余地，可在減小主功率變壓器的最大磁通密度Bm=1000GS，等參數(shù)一起代人式(3.1) ，得A P A eAW34.710000 1062 0.9 50 103 1000 2 0.4 1擬選擇EE型磁芯，其外形如圖3 1 所示。圖 3 1 EE 型磁芯外形圖其中 Ae和 Aw可按下面的式

39、子進行估算。Ae E CAw F （ D-E）2根據(jù)圖3 1 中提供的磁芯尺寸，我們選擇EE110/110，其磁芯尺寸參數(shù)如表3 1 所示表 3 1 EE 型磁芯尺寸25.82則，Ae 3.2 2.7 8.64 cm2， Aw （ 5.5-2.7）8.12cm2因此 EE85/88 磁芯的功率容量為：AP Ae Aw 8.64 8.12 70.16而 2000W、 20kHz的開關(guān)電源的設(shè)計功率容量為：Ap=34.7可見它明顯小于功率容量乘積值70.16 ，符合要求。3.3 高頻變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組匝數(shù)計算計算高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)值：NPVINMAX 104 fBm AeU1 1084

40、fBmAe537 1084 50 103 1000 13.5619.8取原邊匝數(shù)20 砸。計算高頻變壓器副邊繞組的匝數(shù)值：U 20220NS NP 208S P U10537取整數(shù)時副邊匝數(shù)為8 砸。3.4 計算繞組導(dǎo)線線徑及估算銅窗占有率副邊繞組導(dǎo)線截面積為：I 2045.52A C2 2022.75 mm2繞組導(dǎo)線規(guī)格的選擇。高頻電流的集膚效應(yīng), 使導(dǎo)線的實際導(dǎo)電截面積減小。因此。在導(dǎo)線選擇上應(yīng)使用多股導(dǎo)線并繞, 副邊大電流繞組最好能使用寬而扁的銅帶,寬度與變壓器磁心窗口高度接近, 厚度則受2 倍的穿透深度限制。表 3 列出了高頻電流穿透銅導(dǎo)線的深度。f 50 kHz , 所以允許采取的最大線徑為dMAX 22 0.3 0.6mm 如去表稱直A 2275徑為 0.94 毫米的公制漆包線，需要N2C2.80.5 股，取整為81 股并繞。2( d) 2 3.14 0.322同理， 對于變壓器原邊，其繞組導(dǎo)線截面積為AC1PT1000010.35mm2。C1U100.9 537 2若同樣取標稱直徑為0 94mm的公制漆包線進行繞制的話，需要N1AC1 10.35 2 36.6股 ，取整為 37股并繞。1 ( d) 23.14 0.322銅窗的占有率估算如下：d2d20.4A W NPN1 (d)2 NSN2(d)2，即22220.4 1356 20 37 3.14 0.32