大功率鋁氧化脈沖電源設(shè)計

1、蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 i 大功率鋁氧化脈沖電源設(shè)計大功率鋁氧化脈沖電源設(shè)計 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 i 摘要 在鋁陽極氧化過程中，采用疊加直流成分的脈沖電源工藝，能使鋁的表面生成堅硬的 氧化膜，氧化膜有較好的抗腐蝕和抗磨損的能力，且裂紋少。由于在性能上的明顯優(yōu)點， 疊加直流脈沖電源已經(jīng)廣泛用于鋁氧化的生產(chǎn)工藝。工業(yè)生產(chǎn)中，首先要求電源要達到足 夠的輸出功率，能長期穩(wěn)定可靠地運行，并能對電壓電流進行調(diào)節(jié)，脈沖的頻率、通斷比 能調(diào)節(jié)修改，運行時間能方便地設(shè)定。在滿足技術(shù)指標的情況下，操作盡可能簡單方便， 避免復雜的鍵盤操作。 本設(shè)計包括主電路和控制電路兩部分。主電路包括三相全控整流電路、

2、濾波電路、斬 波電路。控制電路采用凌陽 16 位單片機作為控制核心，調(diào)節(jié)占空比，頻率，脈寬來調(diào)節(jié) 輸出電壓。開關(guān)功率元件選用 igbt。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：脈沖電源；三相整流；斬波 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 ii abstract in the aluminum anodic oxidation process, uses the superimposition direct component the pulse power source craft, can enable the aluminum the surface production hard oxide film, the oxi

3、de film to have a better corrosion resistance and the anti- attrition ability, also the crack are few. because in the performance obvious merit, the superimposition direct current pulse power source already widely used in the alumina production craft. in the industrial production, first requests the

4、 power source to have to achieve the enough output, can long-term stably reliably move, and can carry on the adjustment to the voltage electric current, the pulse frequency, passes breaks the ratio to be able to adjust revises, the running time can conveniently establish. in satisfies the technical

5、specification in the situation, the operation simple is as far as possible convenient, avoids the complex keyboard holding this design includes main circuit and control circuit two parts. the main circuit including three-phase all controls the leveling circuit, the filter circuit, cuts the wave elec

6、tric circuit. the control circuit uses insults the positive 16 monolithic integrated circuits to take the control core, the adjustment occupies the spatial ratio, the frequency, and the pulse width adjusts the output voltage. the switch power part selects igbt. key word： pulsepulse powerpower sourcs

7、ourc； three-phasethree-phase rectificationrectification； choppingchopping 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 iii 目 錄 第 1 章 緒論 .1 第 2 章 主電路設(shè)計 .3 2.1 整流電路 .4 2.2 晶閘管的選擇 .6 2.2.1 閘管額定電壓 vked.6 2.2.2 晶閘管額定電流 it.7 2.3 中間濾波器設(shè)計 .8 2.4 斬波電路的設(shè)計 .9 2.4.1 直流斬波電路 .9 2.5 脈沖變壓器： .10 2.5.1 作用： .10 2.5.2 特性： .10 2.6 igbt 的保護 .10 2.6.1

8、過電壓保護 .10 2.7 吸收電路參數(shù)計算 .13 2.7.1 緩沖電容 cs .13 2.7.2 緩沖電阻 rs .14 2.7.3 緩沖二極 .14 2.8 脈沖變壓器的選擇 .14 第 3 章 控制電路 .15 3.1 igbt 驅(qū)動 .15 3.1.1 scale 功能介紹 .15 3.1.2 的特點 .16 3.1.3 的主要功能 .16 3.1.3 驅(qū)動塊的保護功能 .17 3.2 的主要工作模式 .17 3.2.1 直接模式 .17 3.2.2 半橋模式 .18 3.3 引腳功能 .18 3.3.1 輸入部分引腳功能 .18 3.3.2 輸出部分引腳功能 .19 3.4 小結(jié)

9、.19 3.5 tl494 的特點與功能 .19 3.5.1 tl494 的特點與功能 .19 3.6 晶閘管驅(qū)動 .20 3.6.1 晶閘管驅(qū)動信號要求 .20 3.6.2 驅(qū)動電路設(shè)計 .20 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 iv 3.6.3 防止誤觸發(fā)的措施 .21 3.7 光電耦合器在電源技術(shù)中的應(yīng)用 .21 3.8 過電流保護 .22 3.8.1 施密特觸發(fā)器 .22 3.8.2 霍耳電流傳感器 .25 3.9 過零點檢測 .26 3.10 直流穩(wěn)壓電源 .28 第 4 章 軟件設(shè)計 .29 4.1 主程序流設(shè)計 .30 4.2 外部中斷程序 .30 4.3 ad 轉(zhuǎn)換程序 .30 4.

10、4 電壓采樣程序 .31 4.5 晶閘管觸發(fā)程序的設(shè)計 .31 4.6 定時器中斷程序流程圖的設(shè)計 .32 4.7 pid 控制程序的設(shè)計.32 4.7.1 pid 控制 .32 4.8 程序流程圖 .37 總結(jié) .42 參考文獻 .43 英文原文 .44 譯文 .59 致謝 .72 附錄 .73 附錄 1 元件清單.73 附錄 2 程序清單.78 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第第1 1章章 緒論緒論 大功率鋁氧化脈沖電源的要求,在鋁陽極氧化過程中，采用疊加直流成分的脈沖電源 工藝，能使鋁的表面生成堅硬的氧化膜，氧化膜有較好的抗腐蝕和抗磨損的能力，且裂紋 少。由于在性能上的明顯優(yōu)點，疊加直

11、流脈沖電源已經(jīng)廣泛用于鋁氧化的生產(chǎn)工藝。直流 電源的電壓值，可改變負載電流中脈沖成分與直流成分的比例。下圖是脈沖電壓峰值為 40v，脈沖電源和直流電源各通過二極管向負載供電，如圖所示。調(diào)節(jié)脈沖電壓的峰值或 直流電源電壓為 20v 時的負載電壓波形。因是阻性負載，其電流與電壓波形形狀是一致的。 脈沖電源與直流電源為兩臺獨立的電源。 圖 1-1 輸出波形 技術(shù)要求 輸入?yún)?shù) 電壓：3ac 380v50hz 輸出參數(shù) 脈沖電流頻率：100200hz 脈沖電流幅值： 0200a 連續(xù)可調(diào) 脈寬：14ms 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 2 脈沖部分輸出電壓：050v 連續(xù)可調(diào) 直流部分輸出電壓：020v

12、連續(xù)可調(diào) 頻率誤差：0.5% 脈寬誤差：1% 幅值誤差：0.3% 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第2章 主電路設(shè)計 工業(yè)生產(chǎn)中，首先要求電源要達到足夠的輸出功率，能長期穩(wěn)定可靠地運行，并能對電 壓電流進行調(diào)節(jié)，脈沖的頻率、通斷比能調(diào)節(jié)修改，運行時間能方便地設(shè)定。在滿足技術(shù) 指標的情況下，操作盡可能簡單方便，避免復雜的鍵盤操作。 系統(tǒng)原理圖如下 ： 3ac 380v 電源 脈沖輸出 三相 整流 濾波 電路 斬波 電路 觸發(fā)角控 制 tl494 電壓反饋控制 單元 觸發(fā)角給 定 圖2-1 系統(tǒng)原理圖 本設(shè)計需要兩臺獨立的脈沖電源與直流電源構(gòu)成，且兩整流電路均采用三相全控整流 電路實現(xiàn)對脈沖部分輸

13、出電壓和直流部分輸出電壓的閉環(huán)控制。脈沖部分輸出電壓： 040v連續(xù)可調(diào)；直流部分輸出電壓020v連續(xù)可調(diào)。兩部分疊加輸出2040v的脈沖電壓。 調(diào)節(jié)脈沖電壓的峰值或直流電源的電壓值，可改變負載電流中脈沖成分與直流成分的比例。 主電路包括整流電路，濾波電路，斬波電路。如下圖所示 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 4 負 載 r28 r27vd16 g8 k8 2/g8 2/g8 g12 k12 2/a7 2/a7 g10 k10 2/i8 2/i8 g11 k11 2/j8 2/j8 g9 k9 2/h8 2/h8 g7 k7 2/f8 2/f8 g2 k2 2/b8 2/b8 g6 k6 2/e8

14、 2/e8 g4 k4 2/d8 2/d8 g5 k5 2/e8 2/e8 g3 k3 2/c8 2/c8 2/d2 2/f2 -15v +15v ht- ht+ ht+ ht- +15v -15v 2/a8 vt1 v v 2/d12 2/b12 f6 f5 f4 f3 f2 n qf l3 l2 r32r31 r30 r29 r28 r27 2/a8 r24 r23 r22 r21 + + + + km1 l1 k1 g1 e2g2c2 e1 g1 c1 c20r26 f1 r1 c1 r2r3 c2c3 r19 vd13 vd14 r4r5r6 c4c5c6 vd15 r20 vt2 c

15、21 c22 c23 c24 vd4 c10 r10 r7 c7 vd1 r8 c8 vd3 r9 c9 vd5 r11 c11 vd6 r12 c12 vd2 vd8 c18 r18 vd12 c17 r17 vd11 c15 r15 vd9 c14 r14 vd7 c13 r13 r16 c16 vd10 c19 r25 圖2-2主電路圖 2.1整流電路 整流電路是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟姡瑧?yīng)用十分廣泛， 其交流側(cè)由三相電源供電。因為本設(shè)計直流電壓脈動較小，所以應(yīng)用三相整流電路。 目前在各種整流電路中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路。當 060時， 電流連續(xù)

16、時輸出電壓平均值 ud 與輸入電壓有效值 u2 的關(guān)系為： u =u cos=2.34 u cos d 2 6 3 2 3 2 )(sin6ttdu 63 2 2 通過晶閘管的電流 i 與負載平均電流 id 的關(guān)系為： t i =i t 3 1 d 三相全橋整流電路輸入電流有效值 i2 與負載平均電流 id 的關(guān)系為： i=+ 2 2 2 1 3 2 2 d i 3 2 2 d i i=0.816i 2d i 3 2 d 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 5 圖 2-3 三相全控橋式整流電路電壓波形圖 當 60120時，電流不連續(xù) 輸出電壓平均值與輸入電壓有效值 u2 的關(guān)系為： u =2.34 u

17、 1+cos(+) d 2 6 3 2 )(sin6ttdu 2 3 2 通過晶閘管的電流 i 與負載平均電流 id 的關(guān)系為: t i =i t 3 1 d 三相全橋整流電路輸入電流有效值 i2 與負載平均電流 id 的關(guān)系為： i=0.816i 2d i 3 2 d 下面講述可控整流電路在感性負載情況下輸出與輸入的關(guān)系，認為電感足夠大，使負 載電流連續(xù)， 且其波形基本上為一條水平線 。感性負載時導電規(guī)律與阻性負載相同， 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 6 當 0 (23)v kedm 其中 v 為晶閘管承受的最大正反向峰值電壓， m 在本設(shè)計中 v =328.8v m2 6u23.1346 v

18、 (23)v 980v kedm 2.2.2 晶閘管額定電流it 晶閘管額定電流的計算原則是必須使額定電流 i 大于實際流過晶閘管的電流平均值 i t .考慮過載系數(shù)，通常取 12 倍。 avt 晶閘管通態(tài)平均電流 i avt i= avt 57 . 1 t i 由三相全控橋式整流電路可知，流過晶閘管的電流有效值為： i =0.577i t 3 d i d i=21.5716.32=51.24a avt 晶閘管并聯(lián)支路的確定 n =(23)v /(0.80.9)v=0560.74 pmked 所以，不需要晶閘管并聯(lián)。 晶閘管的過電壓保護 常見的晶閘管過電壓有交流側(cè)過電壓和直流側(cè)過電壓 交流側(cè)過

19、電壓阻容保護 電阻r、c用下面關(guān)系式近似計算： r= 0 2 2 3 . 2 i u s u z 10 5 6 . 1785 56.33 3 . 2 2 45 . 1 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 8 = 2 2 0 6 u s ic 2 56.33 26.1785 1 . 06048. 0 .f 式中:u 整流變壓器的阻抗電壓，以額定電壓的百分數(shù)表示，對于本設(shè)計，u = zz 4%10%; io變壓器空載電流，以額定電流的百分數(shù)表示，對于本設(shè)計，io=4%10% u 變壓器二次相電壓有效值(v); 2 s 變壓器每相的平均視在容量(va)。 直流側(cè)過電壓阻容保護 直流側(cè)過電壓保護一般采用在晶閘

20、管兩端并聯(lián)阻容吸收的方法。 c=（24） =0.15fit 3 10f r=1030 取 15 電容耐壓vucmu 2 . 82 wfcupm54 . 0 10 6 2.3 中間濾波器設(shè)計 直流濾波電容器的參數(shù)計算。在三相全控整流電路中，輸出直流的基波脈動頻率 d c 為 300hz。為了保證整流輸出電壓為一平直電壓，濾波電路的時間常數(shù)，即濾波電容器 和直流電源的等效負載電阻的乘積應(yīng)遠遠大于整流輸出電壓的基波脈動周期，實際 d cr d 應(yīng)用中一般取 6-8 倍即可。既有： =（68）/300=（2027） ddr cs 3 10 得： =（2027） d cf rd 1 103 取=1010

21、0 d r 則 =2002000 d cf 實際中選用 =2000 d cf 濾波電容的耐壓值按整流最大輸出電壓選取，即 117v.實際取用耐壓為 450v.限流電 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 9 抗器的參數(shù)計算的作用主要是限流，限制流過晶閘管的電流尖峰，改善網(wǎng)側(cè)功率因 d l d l 數(shù)。一般可以按照下面的式子進行計算求取： d l =(2023) ddc lfmh 3 10 則 =（2023）=1011.5 d l d c 3 10 mh 因此可以按照 10，100a 選擇。 d lmh 在選用和時,除了考慮限流、濾波功能外，還需要考慮到在電源額定工作狀態(tài)下， d l d c 斬波器因某種

22、原因突然停止工作時，儲存在中的能量將轉(zhuǎn)移到中，此過程會使端 d l d c 電壓升高，此電壓則直接加到 igbt 上，因此選擇時也不能取的太大。值應(yīng)該滿 d c d l d l 足: （k-1） 2 2 d dd d i uc l 2 其中 k 為升壓系數(shù)，一般取 1.2。如果與的取值不能滿足上面的關(guān)系式則需要適當?shù)?增大或者減小. d c d l 本設(shè)計中 : （k-1） =80 2 2 d dd i uc 2 mh 因此前面的取值在 10合理范圍內(nèi)，無需調(diào)整。mh 2.4 斬波電路的設(shè)計 直流斬波電路 將直流電源的恒定直流電壓，通過電子器件的開關(guān)作用，變換為可調(diào)直流電壓的裝置 稱為直流斬波

23、器。如采用晶閘管作開關(guān)元件，則稱為晶閘管直流斬波器。 直流斬波器也稱直流斷續(xù)器或直流調(diào)壓器，較多用于直流牽引調(diào)速，例如電力機車、 地鐵、城市電車、電瓶搬運車和鏟車等。 斬波器的核心部分是晶閘管直流開關(guān)。 2.4.1 直流斬波電路 為改變負載直流電壓，通常有以下三種工作方式： 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 10 （1）脈沖寬度控制 （2）脈沖頻率控制 （3）脈沖混合控制 （一）脈沖寬度控制直流斬波器 （二）脈沖頻率控制直流斬波器 本設(shè)計脈沖部分的電源采用電壓可調(diào)的三相全控晶閘管整流。由于三相全控整流的紋 波輸出比較低，只要并入一定的電解電容即可滿足濾波的需要。斬波元件采用絕緣柵雙極 型晶體管（ig

24、bt）。igbt的載流能力主要受元件溫升的限制。 vu1600ai250%80 eu0vue200/0 有效值aii2001ai32.162008161 igbt選擇 取3倍裕量耐壓v480 取3倍a96.4832.163im 選型dv 最大反向電壓ai32.162008161 2.5 脈沖變壓器： 2.5.1作用： 1、起阻抗匹配作用。降低脈沖電壓幅值增大輸出電流，更好地觸發(fā)晶閘管。 2、可改變脈沖正負極性或同時送出兩組獨立脈沖。 3、將低電壓的觸發(fā)電路與高電壓的主電路在電氣上加以隔離。 2.5.2特性： 一般變壓器傳遞的是正弦交流電壓，而脈沖變壓器傳遞的是前沿陡削的單方向脈沖 電壓。 2.

25、6 igbt的保護 2.6.1過電壓保護 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 11 igbt關(guān)斷時，它的集電極電流下降率較高，極高的電流下降率將引起集電極過電壓。 為了保護igbt，必須對其兩端的過電壓進行控制，以免過電壓超過其額定值而導致igbt的 損壞。抑制igbt集.一種是增大柵極電阻rg，另一種是采用緩沖電路。然而，凡的增大將 減緩igbt的開關(guān)速度，從而增加了開關(guān)損耗，因此這種方法不可取。緩沖電路又稱吸收電 路，主要用于抑制電力電子器件的內(nèi)因過電壓、dv/di和di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。緩 沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路的基本思路是將電容并聯(lián)于器 件兩端，利用電容

26、器上的電壓不能的原理來抑制尖峰電壓，即吸收器件的關(guān)斷過電壓和換 相過電壓，減小dv/dt，同時減小器件的關(guān)斷損耗。開通緩沖電路是利用電感與器件串聯(lián) 來抑制器件開通時的電流過沖和di/di并減小器件的開通損耗的。由于開通緩沖電路很容 易實現(xiàn)，下面將著重介紹關(guān)斷緩沖電路。在實際應(yīng)用中，igbt的關(guān)斷緩沖電路有rc吸收和 rcd吸收兩種。 1 rc 吸收電路 igbt的rc緩沖電路如圖3_5a中吸收電容cs與電阻rs串聯(lián)后并聯(lián)于igbt的集電極和發(fā)射 極兩端構(gòu)成了rc吸收電路。為了限制吸收電容cs的放電電流， 將其串聯(lián)了一個電阻r，但是由于電阻r的串入，使得igbt關(guān)斷時的過電壓吸收效果較 單電容緩

27、沖電路要差，而且rs阻值越大，吸收效果越差。所以在實際應(yīng)用中，rs阻值取得 較小，這樣既可有較好的吸收效果，同時對開通時的電流尖峰又有抑制作用。 2 rcd 吸收 在rc吸 收電路的吸收電阻上并聯(lián)一只二極管就構(gòu)成了rcd吸收電路，如圖3_5b所示。 當igbt關(guān)斷時，電源經(jīng)二極管向電容充電，由于二極管的正向?qū)▔宏柦?，所以關(guān)斷時 的過壓吸收效果與電容吸收效果相同。當igbt開通時，電容通過電阻放電，限制了igbt中 的開通尖峰電流。器件每開通一次，電容就充放電一次，所以將其稱為充放電緩充電路。 通常，在igbt關(guān)斷時，電容被充到電源電壓值。在igbt導通時，電容通過放電使充入電容 的能量全部

28、消耗在放電回路中，主要消耗在電阻上，而且這種功損耗正比于igbt的開關(guān)頻 率。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 12 g igbt vd2 r cc r vd igbt g vd1 圖 2-4 igbt 吸收電路 這兩種吸收電路因直接并接在igbt的集電極和發(fā)射極的兩端，igbt關(guān)斷時收電容的電 壓從零開始上升，因而具有較好的過電壓吸收效果。使得igbt關(guān)斷時的電流、電壓的運行 軌跡靠近電流、電壓坐標軸，提高了igbt關(guān)斷時的安全性。但是，對于大功率igbt來說， 其使用頻率通常在lochs左右，在這樣高的頻率下，這兩種緩沖電路由于自身損耗過大而 無法使用。目前鉗位式rcd吸收電路被認為是最適合于

29、大功率igbt的吸收電路，并且被廣 泛采用。 圖2-4所 示為帶有鉗位式rcd吸收電路的igbt斬波器原理圖。設(shè)負載為感負載，用串 聯(lián)的rl和ll表示。dl為負載續(xù)流二極管，ls代表主電路的雜散電感。鉗位式rcd吸收電路 由電阻rs、電容cs和二極管ds組成。吸收電容cs與二極管串聯(lián)后并聯(lián)于igbt的集電極和發(fā) 射極之間，電阻rs不象吸收電路那樣與二極管ds并聯(lián)，而是另一端與電源的正極相連。斬 波器工作時，電容cs上充有與電源電壓-樣高的電壓，當igbt導通時，由于二極管的作用， 電容cs上的電荷不會放掉，電容電壓仍為電源電壓。當igbt開始關(guān)斷時，負載電流仍繼續(xù) 流過igbt，直到igbt的

30、vce電壓，續(xù)流二極管導通。在igbt與續(xù)流二極管換相的過程中， 雜散電感中的電流突然變小，若無吸收電路會在igbt的集電極和發(fā)射極之間產(chǎn)生尖峰電壓， 使igbt可能遭到被擊穿的危險。在加上鉗位式rci吸收電路后，當igbt的集電極電壓高 于電源電壓時，雜散電感中的能量通過二極管ds轉(zhuǎn)儲到吸收電容cs中，igbt的集電極電位 被鉗在電容電壓上，這就抑制了igbt集電極尖峰電壓，而且這種鉗位式rcd吸收電路只在 igbt的集電極電壓高于電源電壓時才起作用，減小了附加損耗。 圖 2-4為igbt關(guān)斷時的電壓、電流波形圖和軌跡圖。在柵極關(guān)斷信號的作用下，t1時 刻igbt集電極電壓開始上升。在ti-

31、 t2期間，為yc電壓上升階段，由于是電感性負載， 使流過igbt的電流基本保持不變，在vcf電壓低于電源電壓時，吸收二極管ds和續(xù)流二極 管dl都不導通。當電壓上升到電源電壓時，即t2時刻，igbt的電流開始衰減并向ds轉(zhuǎn)移， 負載電感中的電流和雜散電感中的電流都開始衰減，續(xù)流二極管開始導通。t3時刻，igbt 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 13 的電流衰減至零，負載電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，由于吸收回路中也有雜散電感，所以在 12-13期間出現(xiàn)小的尖峰電壓。在t3_t4期間，ls中的儲能充向吸收電容cs，使vce電壓抬 高。14時刻，當ls中的能量全部轉(zhuǎn)儲到電容cs中時，vce電壓達到最大值。之

32、后，當二極 管ds反向恢復時，由于反向恢復電流迅速消失，導致igbt集電極電壓出現(xiàn)凹坑。is時刻， 雜散電感中電流為零，集電極電壓又回到電源電壓上。高于電源電壓的電容電壓經(jīng)電阻rs 向電源放電，由雜散電感充向電容上的能量經(jīng)rs大部分送回電源，一部分消耗在電阻rs上。 這種鉗位式緩沖吸收電路的電容為無感電容，且電容量可取得大一些。電容容量越大， 吸收過壓的效果越明顯。由于電容cs上得到的多余能量大部分被送回電源，所以rs上的功 耗不是很大，可選用小容量的電阻。這不但減小了發(fā)熱，提高了效率，而且可使吸收電路 的體積縮小。通常cs為幾微法，rs為幾十歐姆，二極管ds應(yīng)選用快速恢復二極管。2過電 流保

33、護 當igbt發(fā)生過流或短路故障時，若不加以保護或保護不當，就可能因發(fā)生擎住效應(yīng)， 使igbt超過其熱極限而毀壞。為了避免這些情況的發(fā)生，必須對igbt采取有效的保護措施. igbt的過電流保護電路可分為兩種類型:一種是過載電流保護，另一種是短路電流保 護。對于過載保護，由于不必快速響應(yīng)，可采用集中式的保護，即檢測輸入端或直流環(huán)節(jié) 的總電流。當此電流超過設(shè)定值之后，比較器翻轉(zhuǎn)，封鎖裝置中所有igbt驅(qū)動器的輸入脈 沖，使裝置的輸出電流降為零。這種集中式的保護具有保護的徹底性，一旦保護動作后需 要通過復位才能恢復正常工作。然而，對于短路保護，由于igbt只能承受很短時間的短路 電流，所以其保護電

34、路必須快速動作。下面將著重討論短路保護。 從識別出過電流信號至切斷栩極信號的這段時間必須小于igbt允許短路過電流的時間。 而igbt承受短路電流的時間長短與該igbt的導通壓降有關(guān)，并隨著飽和導通壓降的增加而 延長，這是因為隨著飽和導通壓降的增加，igbt的阻抗也在增加，導致短路電流的幅值減 小，而且短路時的功耗也隨著短路電流的平方在減小。如飽和導通壓降小于2v的igbt允許 承受的短路時間小于5s,飽和壓降為3v的igbt承受的短路時間可達15s ，當飽和壓降 增加到4v5v時，其允許短路時間可達30s 。 igbt 的過電流損壞問題可以依靠 igbt 驅(qū)動電路中過流保護電路來解決，igb

35、t 的驅(qū)動 電路將在下一章講解。 2.7 吸收電路參數(shù)計算 2.7.1 緩沖電容cs 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 14 緩沖電容cs可將輸入電壓置于低電壓，由實驗方法確定，也可以由母線電感計算.圖 4-4中，初始浪涌電壓之后，隨著緩沖電容的充電，瞬態(tài)電壓再次上升。第二次上升峰值 ucep取決于緩沖電容cs與母線電感l(wèi)p，設(shè)引起浪涌電壓的能最lpi02/2可被緩沖電容cs完 全吸收，則有: = 2 0 2 1 ilp 2 2 2 1 ucs =- 2 2 u cep u d u 式中：為最大工作電流; 0 i 為第二次上升電壓峰值。 2 u 在設(shè)計系統(tǒng)時采用整體緩沖電路，通常以每100a輸出級電

36、流大約取1f的方法確定電 路的電容量。 所以本設(shè)計中選用1f的電容。 2.7.2 緩沖電阻 rs 要求igbt關(guān)斷信號到來之前，將緩沖電容所積蓄的電荷放完。以關(guān)斷信號之前放掉90%為 條件，rs緩沖電阻rs的選擇應(yīng)遵循以下原則: s s fc r 6 緩沖電阻不能太小，過小會使igbt開通時的集電極初始電流增大.因此，在滿足上式 條件下，希望盡可能選取大的電阻值。為igbt的開關(guān)頻率，igbt的最大開關(guān)頻率為f 1500hz，實際使用時取f=1500hz. 則有=0.11 s r s fc6 1 k 緩沖電阻的電阻功耗= s r s r pwufcs33 2 0 故選用50w、0.2的電阻。k

37、 2.7.3 緩沖二極 故選用快速恢復二極管，以保證igbt導通時很快關(guān)斷。緩沖二極管選用過渡正向電壓 低、反向恢復時間短、發(fā)向恢復特征較軟的規(guī)格，其額定電流應(yīng)不小于主電路開關(guān)器件額 定電流的1/10。可以選用mur3010ce型超快速恢復二極管。其額定正向平均電流為30a，反 向重復峰值電壓為1000v，反向恢復時間 e, only then has the crystal hydration withstanding positive voltage, has possibility which leads passes. after leads passes, until |u2|=e,

38、 id namely falls to 0 causes the crystal hydration to shut off, hereafter due=e. with resistive load when compares, the crystal hydration delta stopped the electric conduction ahead of time, delta is called stops leading attention: when a angle same, when rectified output resistive load is big 蘭州理工大

39、學畢業(yè)設(shè)計說明書 53 at that time, when trigger pulse arrival, the crystal hydration withstanding negative voltage, is impossible to lead passes. the trigger pulse had the enough width, guaranteed when the wt= time has the crystal hydration starts to withstand the positive voltage, the trigger pulse still ex

40、ists. thus, is equal to triggers the angle to postpone is. the single-phase bridge type partly controls the leveling circuit 1st, electric circuit structure single-phase all controls in the bridge, in each electric conduction return route has 2 crystals hydrations, 1 crystal hydration may use the di

41、ode to replace, thus simplifies the entire electric circuit. so namely becomes the single-phase bridge type partly to control the leveling circuit 2nd, resistive load partly controls the electric circuit with all to control the electric circuit to be same in resistive load time working condition. 3r

42、d, belt anti- feeling load situation no longer flows with the electric current after the transformer two windings, but is by vt1 and the vd2 after flow. triggers the angle a time in the u2 negative half period to trigger vt3, vt3 leads passes, u2 after vt3 and vd2 to load power supply. u2 zero has c

43、hanged 正時, vd4 leads passes, vd2 shuts off. vt3 and the vd4 after flow, due also is zero. after flow diode function avoids out of control phenomenon which possibly occurs. if non- after flow diode, then when a suddenly increases to 180 or the trigger pulse loss, can have a crystal hydration to conti

44、nue to lead passes the situation which but two diodes leads in turn passes, this causes due to become the sine half-wave, its mean value maintenance is constant, is called loses control. when has after flow diode vdr, the after flow process completed by vdr, has avoided the 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 54 out of c

45、ontrol phenomenon. in the after flow period electric conduction return route only has a tube pressure drop, is advantageous to reduces the loss. quite in yu bata vt3 and vt4 trade for diode vd3 and vd4, like this may omit after flow diode vdr, the after flow realizes by vd3 and vd4. three-phase cont

46、rollable leveling circuit three-phase controllable leveling circuitintroduction the exchange measured supplies power by the three-phase power source. load capacity bigger, or the request dc voltage pulsation is smaller, the easy filter. basic is the three-phase half- wave controllable leveling circu

47、it, the three-phase bridge type all controls the leveling circuit application to be broadest. three-phase half-wave controllable leveling circuit 1st, resistive load 1) structure electric circuit characteristic: the transformer two side joints become the star type to obtain the zero curve, but a sid

48、e joint becomes the triangle to avoid 3 flowing in the electrical network. three crystals hydrations separately turn on a, b, the c three-phase power source, its negative pole connects in together - moon cathode connection nature spot: the diode time for the nature spot, is the earliest time which e

49、ach crystal hydration can trigger leads passes, takes it as calculates various crystals hydration to trigger angle the beginning, namely a =0 2) principle of work analysis 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 55 the a =0 transformer two time leans a and the crystal hydration vt1 current waveform, the transformer two windi

50、ngs electric currents has the direct component. the crystal hydration voltage waveform, is composed by 3 sections characteristic: the load current is at continuously and off and on the between critical state. characteristic: the load makes and break, the crystal hydration leads passes the angle to b

51、e smaller than 120. 3) rectification voltage mean value computation when a = 30, the load current is continual, has: 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 56 當 a=0 時， for when a 30, the load makes and break, the crystal hydration leads passes the angle to reduce, this time has the crystal hydration withstands the most grea

52、tly reverse voltage, is the transformer two lines voltages peak value, namely maximum forward voltage between the crystal hydration anode and the negative pole is equal to the transformer two phase voltages the peak values, namely 2nd, anti- feeling load 1) structure characteristic: anti- feeling lo

53、ad, l value very big, the id profile basic is straight. 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 57 a = 30 when: when rectification voltage waveform and resistive load is same. a 30 oclock u2 zero hour, vt1 has not shut off, until the vt2 pulse arrival, only then trades the class, in the -due profile appears the negative part

54、. the id profile has the certain pulsation, but for the simplification analysis and the quantitative evaluation, may be approximate id is a level line. time the anti- feeling load phase shifting scope is 90. 2nd, stoichiometric relation because the load current is continual, due may extract transfor

55、mer secondary current namely crystal hydration most taisho, the reverse voltage peak value are the transformer two lines voltages peak value the three-phase half-wave main shortcoming lies in its transformer secondary current to include the direct component, are less for this its application. the th

56、ree-phase bridge type all controls the leveling circuit 1st, time belt resistive load working condition 1) structure the common cathode group -dative pole connects in the together 3 crystals hydration (vt1, vt3, vt5) altogether the anode group -ode connects in the together 3 crystals hydration (vt4,

57、 vt6, vt2) leads passes the order: vt1 - vt2 - vt3 - vt4 - vt5 - vt6 when a = 60, the due profile continuously, regarding the resistive load, the id profile and the due profile shape is same, also is continual a =30 a =60 when a 60, the due profile each in 60 has a section is zero, the due profile c

58、annot appear the negative value when belt resistive load 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計說明書 58 the three-phase bridge type all controls the leveling circuit a angle the phase shifting scope is 120 the three-phase bridge type all controls the leveling circuit the characteristic (1) 2 simultaneously to pass forms the powe

59、r supply return route, common cathode group and altogether the anode group each 1, also cannot for with 1 component. (2) to trigger pulse request: according to the vt1-vt2-vt3-vt4-vt5-vt6 order, the phase misses 60 in turn. common cathode group vt1, vt3, the vt5 pulse misses 120 in turn, altogether

60、anode group vt4, vt6, vt2 also in turn miss 120. identical about two, namely vt1 and vt4, vt3 and vt6, vt5 and vt2, the pulse differs 180. (3) due cycle pulsation 6, the pulsation profile all is each time same, therefore this electric circuit is 6 pulse waves leveling circuit. (4) must guarantee sim