金昌變[Biàn]壓器廠▽家▽

甘肅變壓器[Qì]相對交流[Liú]甘肅變壓器有調速性能優良(Liáng)、調速方便、平滑、調速[Sù]範圍廣(Guǎng)等[Děng]優點，因此仍(Réng)然[Rán]廣泛應用于很多(Duō)工業場合。調速主要有以下幾種▾方▾式：電樞[Shū]串電阻調速、改變電樞電壓調速、PWM調整系[Xì]統、∇雙∇(Shuāng)閉環調速(Sù)系統、數[Shù]字式調速系[Xì]統和改變勵磁[Cí]的恒功率調速。

電動機測試甘肅變壓器[Qì]要∆根∆(Gēn)據電動機的試[Shì]驗要求進行∆調∆壓試驗、輕載試驗、負(Fù)載試驗和過載▲試▲[Shì]驗，還要進行動态過程試驗等。這[Zhè]就要求其具有連續(Xù)調壓、過●流●功能，并要求響應速度快。本(Běn)篇文章将介紹電動●機●測試甘肅變壓器設計(Jì)。
　　
電路設計
1整▿流▿電(Diàn)路計(Jì)算
整流電路選用的是三相不控整流。這個電路的特[Tè]◆點◆是簡單、快速，而且(Qiě)輸出波形能夠∇滿∇足逆變電路▲的▲要求。輸(Shū)入整流濾波電[Diàn]路的主[Zhǔ]要作◊用◊是将交流電[Diàn]壓變為電壓；此外，還要◆具◆(Jù)有一定的輸[Shū]出電壓保[Bǎo]持能力[Lì]，既▿能▿[Néng]防止來自電網的幹擾[Rǎo]進入甘肅變壓◆器◆[Qì]，又能防止甘肅變壓器産(Chǎn)生的幹擾。

二極管應當按照有效值選取(Qǔ)，如下是計算過[Guò]程。

整流輸出電壓Ud的[De]波形在一個周期内波動6次，且脈動波形相同，因此：
(1)
U2為相電壓有效值，其值為(Wéi)220V。
Ud=2.34×220=514V (2)
P0為50kW，效[Xiào]率η取0.8，所以P0=Ud×Id×0.8，Id=P0/Ud×0.8=122A。
流過整▿流▿(Liú)二極管電流的有效值為：
(3)
而每隻整流二(èr)極管承受的最大反(Fǎn)壓為：
(4)
考慮到電網電壓的波[Bō]動-10%～+10%，所以二⋄極⋄管最小[Xiǎo]參數應取：
IA(VT變(Biàn)壓器廠家)=I(VT)×1.1=78A
UFM=URM×1.1=593V
所以，二極管額定參數[Shù]為：200A、1200V。因此選擇的二極管[Guǎn]型号為ZP200-ZL20螺栓型(Xíng)普通整▿流▿二極管。

圖1 主電路圖[Tú]

2 濾波(Bō)電容計算
甘肅變壓器中(Zhōng)工頻●濾●波器◇接◇在工頻整流與逆變電路之間，既能将脈動電流變為平滑的，還能抑(Yì)制幹擾，尤其是變換中産∆生∆的幹擾[Rǎo]。

濾波電容******選用等效串聯電阻∆低∆[Dī]且電容量大的電解[Jiě]電容，因為等效串聯電(Diàn)阻值對輸出(Chū)脈動電壓值▾有▾直▽接▽影響。因此，為了[Le]減少等效(Xiào)串聯電阻，用4個電容串并(Bìng)聯，獲得∆所∆需的電[Diàn]容量電路[Lù]。

∆電∆網電壓為380V，不考慮波(Bō)動(Dòng)，空載電壓Ud0約為線[Xiàn]電壓峰值540V。在帶⋄負⋄載時，電(Diàn)壓有(Yǒu)所下降，▾電▾容電壓：
Ud=1.35×380=513V （5）
輸入電流Id，即甘肅變壓(Yā)器輸[Shū]入電(Diàn)流125A。側電壓在帶負載時◇是◇脈動的，如圖2◆所◆[Suǒ]示(Shì)。最大電壓降[Jiàng]△U按10%考[Kǎo]慮。在T1區間内，電▾容▾C向負載[Zǎi]放電，在T/6區間完成一個∆充∆放電周期。

圖2 濾波電容濾波過程分(Fèn)析

假(Jiǎ)定[Dìng]在●電●容放電(Diàn)期間放▲電▲[Diàn]電流恒定(Dìng)，則：
Id=C△U/T1 (6)
(7)
由式（7）得
(8)
(9)
式中(Zhōng)，Id為▿輸▿入電流125A；△U為電壓變化量(△U =Ud0×10%=54V)；T1為電容放電時間； Ud0為空載(Zǎi)電壓540V；T為工頻[Pín]交流電周期20ms；為工頻交[Jiāo]流[Liú]電角頻率)，可得：
(10)
電容承受的[De]線電◆壓◆(Yā)峰值540V。
實際中，◊采◊用4個5600μF/400V的電解電容和2個大電阻并聯為一組，用2組◈串◈聯在一▿起▿組成濾波電容組。其電∇容∇量[Liàng]為5600μF。大于計算值，濾[Lǜ]波效果滿足小于10%的要求。

因此，選擇DCMCE 1669型電解電容，其規[Guī]格為5600μF/400V。

由于電解電容不是理(Lǐ)想的電容，它本身的阻抗對電容兩端▲的▲電壓會有影響，而且電壓是脈(Mò)動的，所▽以▽為了●穩●定其兩端▾電▾[Diàn]壓，使每組電容的兩端電壓相[Xiàng]等，分别在每組電容兩端并聯了一(Yī)個(Gè)均壓▲電▲阻R2、R3，選擇(Zé)R2=R3=30kΩ。

至于濾[Lǜ]波前面的[De]去幹擾的電容C1，其[Qí]電容量是很難◈确◈定的，因為幹擾包括電(Diàn)網的幹擾，也(Yě)包括甘肅[Sù]變壓器(Qì)的幹擾，所以[Yǐ]可試選取C1=（2.5±5%）μF或該(Gāi)數量(Liàng)級其他電⋄容⋄，隻要電[Diàn]容C1的耐壓峰值滿▾足▾即可以，⋄耐⋄壓峰值Up=600V。

電容輸入式整流濾波電路在接通交流電壓時，由(Yóu)于電容充電，往往引起[Qǐ]較大的浪[Làng]湧電流。在此，選擇的[De]限(Xiàn)流電阻R1為20Ω/20W。起動後，延時一[Yī]段時間(Jiān)後，S1合上，把(Bǎ)R1從主電路中去除。

3 逆變◆電◆(Diàn)路計算
對于逆變電路選[Xuǎn]取的是全橋逆變電路，▿采▿用IGBT作為器件。

IGBT集MOSFET和GTR的優點(Diǎn)于一體，具有(Yǒu)功率MOSFET高[Gāo]輸入阻抗，熱穩定性好，驅動(Dòng)功率小的特點，又[Yòu]具有GTR通态(Tài)電壓低(Dī)，導電損耗小(Xiǎo)而耐壓高(Gāo)的優點。

對主電路進行計算，并(Bìng)根據設計目标的(De)需要對IGBT進行[Háng]選型。
IGBT的作用是通過它的周▾期▾性開和關作用，▿把▿電壓變換成方波電壓，它◊是◊(Shì)逆變電路的關鍵(Jiàn)核▲心▲元件[Jiàn]。由于它比較脆弱(Ruò)，對它的設(Shè)計、選擇直接(Jiē)關系到整個系統(Tǒng)的安全、▲可▲靠。所以，選擇的參數[Shù]必須在[Zài]其正向偏置[Zhì]安全區(FBSOA)。▿計▿▾算▾參數時留有[Yǒu]的裕量較大。

① 額[é]定電壓
▾輸▾(Shū)入電網(Wǎng)電壓整流濾波∇後∇，輸出的電壓最大值：
(11)
其中(Zhōng)，Ud為IGBT承受的穩态最大電壓，U為(Wéi)電網電壓有效值為380V；1.1⋄為⋄波動系數；α安全系數取1.1。

關斷時(Shí)的峰值電壓Uce◇為◇988V，額●定●電壓應向上取(Qǔ)，實際(Jì)電[Diàn]▿壓▿等級值取1200V。

② 額∇定∇電流Ic
甘肅變壓器一次側電流
I1=I2×N2/N1=125A
其中，I1為甘肅變壓器一(Yī)次側◈電◈流，I2為測試甘肅變壓器輸出電(Diàn)流，N1、N2為甘肅(Sù)變壓器◈一◈次側和二(èr)次側匝數。
每隻[Zhī]IGBT管上的平均電流I為63A。

額定電流Ic是IGBT手◊冊◊上給出(Chū)的在[Zài]結溫25℃條件▲下▲的額定值，Ics=186A。

其中，Ics為IGBT額定電流計算值；I為每(Měi)隻(Zhī)IGBT∆管∆上的平均電流；1.414為峰值系數；1.5為Imin過載容量系數；1.4為(Wéi)Ic減小系數。額定電流Ic是根據管子(Zǐ)電流等級按200A取。綜[Zōng]上所述，IGBT管的額定▲電▲[Diàn]壓為1200V，▽額▽定電流為200A。因此，IGBT選(Xuǎn)∇擇∇西門子IGBT模塊BSM200GB120DLC。

4 輸出整流電路設計[Jì]
整流二極管∆不∆[Bú]僅應有短的反向恢複時間和小的反向恢複電流，而且反向電流[Liú]的(De)恢複速度以緩∆慢∆為好，便于減小(Xiǎo)噪●聲●。常用的有摻[Chān]金擴散型、外延型、肖特基型和快恢[Huī]複型（PIN）。其中，快(Kuài)恢複型的特點是正▿向▿⋄壓⋄降低，常溫(Wēn)時0.85V，随[Suí]結(Jié)溫升高，正向電壓[Yā]降會更低，150℃時隻有0.6V，和肖特基管接近；反向時間短，不[Bú]大于200ns；反向漏○電○流(Liú)在150℃時和額定電壓下◊隻◊有1mA，接近▲普▲通整流二極(Jí)管。故選[Xuǎn]用⋄快⋄恢複型二極管。

對于單相(Xiàng)全波整流電路，整流二極管◇額◇定電流：
IN=0.5×I2=500A
式[Shì]中，IN為整流二極管額定電流；I2為[Wéi]甘肅[Sù]變壓器輸出電[Diàn]流1000A
管上承受最大(Dà)反[Fǎn]壓：
Um=2×U2=136V
其中，U2為測試甘肅[Sù]變壓[Yā]器輸出電壓幅值68V。考慮到○留○[Liú]有一定[Dìng]的裕量，因此，二極管(Guǎn)按電壓300V，電流2000A選取。最終選(Xuǎn)擇的是ZK300-35ZT3平[Píng]闆型快恢◈複◈二極◈管◈。
　　
控制(Zhì)電路設計
本設計中控(Kòng)制電路選用移相控制。移相(Xiàng)式PWM控制器通過移相，使全橋的四個▿輪▿(Lún)流導通。在同一橋臂的兩個管輪(Lún)流導通過程(Chéng)中，通過甘肅變壓[Yā]器的漏感[Gǎn]與管的輸出寄生電容組成諧振腔使電容上的電壓以●最●快[Kuài]的速度放電，保◈證◈管處(Chù)于零電(Diàn)壓狀态(ZVS)，從而避免了工●作●過程[Chéng]中電壓電[Diàn]流的重疊[Dié]。

PWM移相控制是通過UC3875的誤▲差▲放大器來實現的，在UC3875的4▽角▽[Jiǎo]上接PI調節器，利用電壓傳感器[Qì]将輸[Shū]出電壓與給定[Dìng]基[Jī]準電壓⋄相⋄比較，從[Cóng]而控制A、B與C、D之[Zhī]間的相[Xiàng]位，最終調整波形占空比，◈使◈甘(Gān)肅(Sù)變(Biàn)壓器穩定在預定值○上○。A/B、D/C●兩●(Liǎng)個半橋，可單獨進行導通延時(即死區時間)的(De)控制，在該死◆區◆(Qū)◈時◈間内确保下一個⋄功⋄率器件的輸出電容放電完畢，為即将導▲通▲的(De)器件提供電壓開通條件。

圖3所[Suǒ]示◊是◊本設計的控[Kòng]制電路圖。

圖3 控制電路

驅動電路設(Shè)計
随着IGBT在[Zài]各類(Lèi)變流裝▲置▲中的[De]廣泛應⋄用⋄[Yòng]，IGBT驅動模塊的◆選◆擇及(Jí)其性[Xìng]能越來越引起使(Shǐ)∇用∇者的重視。理想的驅動模塊(Kuài)除(Chú)了應為IGBT提供足夠的開▲通▲和關斷栅(Shān)壓外，還應具備[Bèi]迅速、可靠的保護功能，○同○時力(Lì)求電路簡單、穩定。IGBT的常用驅動模塊有許多種，其中EXB系列應●用●最廣。EXB841驅動模▽塊▽廣泛(Fàn)應○用○于甘肅變壓器、UPS、電力傳動及(Jí)電力補償等領域。

圖4◊所◊(Suǒ)示是本設的IGBT的驅動電(Diàn)路圖。

圖(Tú)4 驅動電路

IGBT在▲過▲程中需要(Yào)一▲個▲+15V電壓以獲得低開啟電壓(Yā)，還需要一個(Gè)5V關栅電壓以防止關斷(Duàn)時的誤動作。

這兩種電壓均可由20V供電的驅動器内部電路産[Chǎn]生。