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電容器
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新晨陽(yáng)濾波電容計(jì)算 - 大功率直流電機(jī)測(cè)試電源設(shè)計(jì)

文章出處:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2015-10-09 16:22:00

 2 濾波電容計(jì)算

  電源中工頻濾波器接在工頻整流與逆變電路之間,既能將脈動(dòng)電流變?yōu)槠交闹绷鳎€能抑制高頻干擾,尤其是變換中產(chǎn)生的高頻干擾。

  濾波電容最好選用等效串聯(lián)電阻低且電容量大的電解電容,因?yàn)榈刃Т?lián)電阻值對(duì)輸出脈動(dòng)電壓值有直接影響。因此,為了減少等效串聯(lián)電阻,用4個(gè)電容串并聯(lián),獲得所需的電容量電路。

  電網(wǎng)電壓為380V,不考慮波動(dòng),空載直流電壓Ud0約為線電壓峰值540V。在帶負(fù)載時(shí),電壓有所下降,電容電壓:

  Ud=1.35×380=513V (5)

  輸入電流Id,即高頻變壓器輸入電流125A。直流側(cè)電壓在帶負(fù)載時(shí)是脈動(dòng)的,如圖2所示。最大電壓降△U按10%考慮。在T1區(qū)間內(nèi),電容C向負(fù)載放電,在T/6區(qū)間完成一個(gè)充放電周期。

  

 

 

  圖2 濾波電容濾波過(guò)程分析

  假定在電容放電期間放電電流恒定,

(10)

 

  電容承受的線電壓峰值540V。

  實(shí)際中,采用4個(gè)5600μF/400V的電解電容和2個(gè)大電阻并聯(lián)為一組,用2組串聯(lián)在一起組成濾波電容組。其電容量為5600μF。大于計(jì)算值,濾波效果滿足小于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想的電容,它本身的阻抗對(duì)電容兩端的電壓會(huì)有影響,而且電壓是脈動(dòng)的,所以為了穩(wěn)定其兩端電壓,使每組電容的兩端電壓相等,分別在每組電容兩端并聯(lián)了一個(gè)均壓電阻R2、R3,選擇R2=R3=30kΩ。

  至于濾波前面的去高頻干擾的電容C1,其電容量是很難確定的,因?yàn)楦哳l干擾包括電網(wǎng)的干擾,也包括電源的干擾,所以可試選取C1=(2.5±5%)μF或該數(shù)量級(jí)其他電容,只要電容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(shí),由于電容充電,往往引起較大的浪涌電流。在此,選擇的限流電阻R1為20Ω/20W。起動(dòng)后,延時(shí)一段時(shí)間后,開(kāi)關(guān)S1合上,把R1從主電路中去除。

  3 逆變電路計(jì)算

  對(duì)于逆變電路選取的是全橋逆變電路,采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件。

  IGBT集MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)于一體,具有功率MOSFET高輸入阻抗,熱穩(wěn)定性好,驅(qū)動(dòng)功率小的特點(diǎn),又具有GTR通態(tài)電壓低,導(dǎo)電損耗小而耐壓高的優(yōu)點(diǎn)。

  對(duì)主電路進(jìn)行計(jì)算,并根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的需要對(duì)IGBT進(jìn)行選型。

  IGBT的作用是通過(guò)它的周期性開(kāi)和關(guān)作用,把直流電壓變換成方波電壓,它是逆變電路的關(guān)鍵核心元件。由于它比較脆弱,對(duì)它的設(shè)計(jì)、選擇直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠。所以,選擇的參數(shù)必須在其正向偏置安全區(qū)(FBSOA)。計(jì)算參數(shù)時(shí)留有的裕量較大。

  ① 額定電壓

  輸入電網(wǎng)電壓整流濾波后,直流輸出的電壓最大值:

 

  其中,Ud為IGBT承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓,U為電網(wǎng)電壓有效值為380V;1.1為波動(dòng)系數(shù);α安全系數(shù)取1.1。

  關(guān)斷時(shí)的峰值電壓Uce為988V,額定電壓應(yīng)向上取,實(shí)際電壓等級(jí)值取1200V。

 ?、?nbsp;額定電流Ic

  高頻變壓器一次側(cè)電流

  I1=I2×N2/N1=125A

  其中,I1為高頻變壓器一次側(cè)電流,I2為測(cè)試電源輸出電流,N1、N2為高頻變壓器一次側(cè)和二次側(cè)匝數(shù)。

  每只IGBT管上的平均電流I為63A。

  額定電流Ic是IGBT手冊(cè)上給出的在結(jié)溫25℃條件下的額定值,Ics=186A。

  其中,Ics為IGBT額定電流計(jì)算值;I為每只IGBT管上的平均電流;1.414為峰值系數(shù);1.5為Imin過(guò)載容量系數(shù);1.4為Ic減小系數(shù)。額定電流Ic是根據(jù)管子電流等級(jí)按200A取。綜上所述,IGBT管的額定電壓為1200V,額定電流為200A。因此,IGBT選擇西門(mén)子大功率IGBT模塊BSM200GB120DLC。

  4 輸出整流電路設(shè)計(jì)

  開(kāi)關(guān)整流二極管不僅應(yīng)有短的反向恢復(fù)時(shí)間和小的反向恢復(fù)電流,而且反向電流的恢復(fù)速度以緩慢為好,便于減小噪聲。常用的有摻金擴(kuò)散型、外延型、肖特基型和快恢復(fù)型(PIN)。其中,快恢復(fù)型的特點(diǎn)是正向壓降低,常溫時(shí)0.85V,隨結(jié)溫升高,正向電壓降會(huì)更低,150℃時(shí)只有0.6V,和肖特基管接近;反向時(shí)間短,不大于200ns;反向漏電流在150℃時(shí)和額定電壓下只有1mA,接近普通整流二極管。故選用快恢復(fù)型二極管。

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