變頻電源設(shè)計(jì):整流、驅(qū)動(dòng)、逆變、濾波模塊詳述
變頻電源自從問(wèn)世以來(lái)在世界各國(guó)都倍受關(guān)注。它可以根據(jù)客戶的不同要求通過(guò)交直交的變換技術(shù),將給定的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓在一定范圍內(nèi)可調(diào)的交流電,而且其諧波含量很少。因此,它的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用發(fā)展前景十分誘人。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/274271.htm功率器件的性能指標(biāo)決定變頻電源的發(fā)展。20世紀(jì)60年代,GTO的問(wèn)世實(shí)現(xiàn)了門(mén)極可關(guān)斷功能。70年代中期,功率金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管和高功率晶體管的問(wèn)世,實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)控功能,至此打開(kāi)了高頻的大門(mén)。到80年代,一種兼具M(jìn)OSFET和GTR二者優(yōu)點(diǎn)的IGBT電力器件出現(xiàn),其柵極采用電壓控制,驅(qū)動(dòng)功率小;工作頻率高,開(kāi)關(guān)損耗小;沒(méi)有二次擊穿,是目前功率電力電子裝置中的主流器件。當(dāng)代,隨著不斷革新的功率器件的出現(xiàn),美日歐等大規(guī)模集成脈寬調(diào)制電路、零電壓、零電流變換的拓?fù)潆娐泛虳SP、ARM等智能處理器的廣泛應(yīng)用,使得電源逐漸朝著小型化、集成化、智能化方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)變頻電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖只有十幾到二十年的歷史,但業(yè)績(jī)甚佳,也在開(kāi)關(guān)頻率方面達(dá)到了前所未有的地步,一定程度上降低了原材料的消耗,使裝置小型化,加快了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,提高了電源的效率。
本文搭建了一個(gè)基于DSP的變頻電源的實(shí)驗(yàn)裝置,下面將詳細(xì)介紹變頻電源整流、驅(qū)動(dòng)、逆變和濾波等各個(gè)模塊的原理圖設(shè)計(jì)。
1硬件電路設(shè)計(jì)
變頻電源結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。本文中變頻電源輸入頻率為市電頻率50 Hz,輸出頻率為60 Hz.由圖1可以看出,整個(gè)變頻電源的硬件部分由整流模塊、逆變模塊、隔離驅(qū)動(dòng)模塊和濾波模塊組成。
圖1變頻電源結(jié)構(gòu)框圖
1.1整流模塊設(shè)計(jì)
常用的三相橋式整流電路大致可以分為三種:不控整流、全控整流、半控整流。它們的電路結(jié)構(gòu)均是一樣的,如圖2所示,只是所使用的整流元器件不同。三相橋式不控整流電路的整流器件是普通的電力二極管,是不可控的器件。當(dāng)它承受正向電壓時(shí)會(huì)立即自然導(dǎo)通,承受反向電壓時(shí)會(huì)立即阻斷,電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,功耗較小。其輸出電壓的平均值可以表示為:
式中U2為交流側(cè)相電壓的有效值。
圖2三相橋式不控整流電路
三相橋式全控整流電路的整流管全為可控的晶閘管開(kāi)關(guān)器件,橋式半控整流電路的整流管為可控的晶閘管和不控二極管的組合。開(kāi)關(guān)器件晶閘管開(kāi)通必須具備兩個(gè)條件:正向電壓;觸發(fā)電流脈沖。這就要求在整流時(shí)要附加脈沖產(chǎn)生電路,時(shí)間上會(huì)產(chǎn)生延遲,也就是延遲觸發(fā)角。綜合分析以上三種整流方式可知:橋式不控整流電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,功耗小;而全控和半控整流電路控制復(fù)雜,晶閘管在導(dǎo)通后功耗相對(duì)較大,觸發(fā)角控制不好會(huì)使電路出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象,所以本文采用簡(jiǎn)單的三相橋式不控整流電路。
整流之后由于脈動(dòng)電壓比較大,本文選取并聯(lián)電容進(jìn)行濾波。電容作為儲(chǔ)能元件,具有隔直通交、隔低頻通高頻的功能。在電壓型整流電路中,為使輸出電壓更加平滑,理論上濾波電容取值越大越好。然而實(shí)際工程上并不希望這樣,因?yàn)殡娙葜翟酱?,其體積越大,成本越高,性價(jià)比反而越低,而且在電路接通瞬間,瞬時(shí)電流非常大,會(huì)破壞元器件。根據(jù)文獻(xiàn)[1],選取濾波電容的值為1 650μF,考慮到耐壓值越高價(jià)格也越高,選用兩個(gè)3300μF的電容串聯(lián),以此來(lái)平分電壓,如圖2所示。
1.2驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)
IR2130可用來(lái)驅(qū)動(dòng)工作在線電壓不高于600 V的電路中的功率MOS門(mén)器件。
其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
圖3 IR2130內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
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