电力电子——三相电压型全桥可逆变换器的设计.doc

三相电压型全桥可逆变换器的设计 1设计目的 运用所给的初始条件，设计一三相电压型全桥可逆变换器。从这涉及构成中学习和进一步掌握课本上所学到的理论知识，并熟练运用到实际的设计过程中。 熟悉三相桥式可逆变换电路的接线； 熟悉TC787集成触发电路的原理及应用； 掌握调试晶闸管逆变与整流装置的步骤和方法； 三相可逆变换器过电压、过电流的产生及保护； 通过观察各种不同负载情况时，输出电压电流波形，来进一步了解三相可逆变换器的工作原理。 2设计原理 可逆变换电路的一般结构，通常有交流电源、直流主电路、电抗器、负载及控制电路构成。其基本的工作原理是，对于可控整流电路而言，只要满足一定的条件，就可以工作于有源逆变状态，此时，电路形式并未发生变化，只是电路工作条件转变，整流和逆变的区别仅仅是控制角的不同，0/2时，电路工作在整流状态，/2时，电路工作在逆变状态。而发生逆变的条件是：首先要有直流电动势，其极性须和晶闸管的导通方向一致，其值应大于变流电路直流侧的平均电压；其次要求晶闸管的控制角/2，使Ud为负值。整流电路从交流电源吸收电能，并把它转化成直流电能输送到负载端。 在实际应用时，对一个可逆变换器的基本技术要求是： （1）直流输出电压可调范围大、电流脉动小、带载能力强； （2）整流元件导电时间尽可能长，合理利用元件的电压、电流定额； （3）变压器利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流侧功率因数高，谐波电流要小。 2.1变流器主电路 ??目前在各种电路中，应用最为广泛的是三相桥电路，三相桥原理图如图1所示，习惯上希望按从1至6的顺序导通，为此将按图示的顺序编号，分别为T1、T3、T5， 分别为T4、T6、T2。从后面的分析可知，按此编号，的导通顺序为 T1－T2－T3－T4－T5－T6三相桥原理图值来确定，越大，输出脉冲越宽。输出太宽会增大驱动级的功耗损耗，故值一般取3300pF~0.01μF。触发电路设计图如图2所示。 图2 触发电路设计图 2.3过电压过电流保护 在电路中，除了选择合适的元件参数，良好的触发电路之外，对元件采用适当的保护也是必要的。元器件一旦过流，温度将迅速上升而烧坏；反向电压一旦超过限度，反向击穿后，反向漏电流也会急剧增大，导致烧坏。 2.3.1过电压保护 对于IGBT开关速度较高，IGBT关断时及FWD逆向恢复时，产生很高的di/dt，由于模块周围的接线的电感，就产生了L di/dt电压，关断浪涌电压，因IGBT关断时，主电路电流急剧变化，在主电路分布电感上，就会产生较高的电压，抑制方法主要有： 1）在IGBT中装有保护电路可吸浪涌电压，保护电路的电容，采用薄膜电容，并靠近 IGBT配置，可使高频浪涌电压旁路； 调整IGBT的驱动电路的VCE或RC，使di/dt最小； 尽量将电件电容靠近IGBT安装，以减小分布电感，采用低阻抗型的电容效果更佳； 4）为降低主电路及缓冲电路的分布电感，接线越短越粗越好，用铜片作接线效果更佳。 阻容保护电路是变流装置中用的最多的过压保护措施，它利用电容两端电压不能突变的特性，把电容C和电阻R串联组成RC电压抑制器，过电压保护电路如图3所示。这种电路能降低截流过电压及过电压上升陡度，还能在高频复燃时用电阻R吸收能量使高频振荡过程强烈衰减，因而有限制重复性高频过电压的作用。电容C的数据值一般为0．1～0．2 F，电阻R为100～200Ω。R-C阻容保护电路可以设置在变流器装置的交流侧、直流侧，也可将R-C保护电路直接并在主电路的元件上，有效的抑制元件关断时的关断过电压。 图3 过电压保护电路 2.3.2过电流保护 一旦发生短路，IGBT的集电极增加到既定的直，则C—E间的电压急剧增加。根据这种特性，可以将短路时的集电极电流降到一定数值以下，但是在IGBT上还有外加的高电压，大电流的大负载，必须在尽量短的时间内解除。从发生短路起到电源切断的时间也受限制，其产生的原因主要有： 晶体管或二极管的破坏 控制电路，驱动电路的故障或由于杂波产生的误动作 3）配线工作等人为失误以及负荷绝缘的破坏 过流保护的方法比较多，比较简单的方法是一般采用添加FU熔断器来限制电流的过大，防止IGBT的破坏和对电路中其他元件的保护。快速熔断器是IGBT变流装置中应用最普遍的过电流保护措施，可用于交流侧、直流侧和装置主电路中，过电流保护电路如图4所示。其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。直流侧快速熔断器只对负载短路或过载起保护作用，对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同一电流，因而被广泛应用。 图4 过电流保护电路 3参数设定和计算 3.1整