主電路計(jì)算選型

1、交直交變流主電路三相輸入線電壓U，輸出電流IO ,輸出功率P一、整流部分1、二極管承受的最大反向電壓分析：例如，當(dāng)VD1和VD6導(dǎo)通時(shí)，其他二極管不導(dǎo)通，輸出電壓為uab，此時(shí)二極 管VD4正極由于VD6已經(jīng)導(dǎo)通，相當(dāng)于直接接在F點(diǎn)，負(fù)極接在E點(diǎn)，相當(dāng)于反 向承受了線電壓。所以二極管承受的最大反向電壓就是輸入線電壓峰值。最后考 慮電壓波動(dòng)和安全裕量。計(jì)算:整流二極管的承受的最大反向電壓按下式確定，取波動(dòng)因數(shù)為a =1.1,取3 倍的安全裕量，則U d Z顯U X郎式中，u,是電源線電壓（有效值）2、二極管承受電流計(jì)算：分析：當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，流經(jīng)二極管的電流最終會(huì)流入直流母線中，最大為/。，考

2、慮安全性，其流經(jīng)電流不再取二極管的平均電流。計(jì)算：母線電壓一般認(rèn)為和輸入側(cè)線電壓峰值相同，考慮波動(dòng)和安全裕量，母線電壓最大值為U=2U *郎，DmaxI直流母線的電流ID , ID = PUD二、逆變部分：1、IGBT承受電壓分析：同一橋臂上的兩個(gè)IGBT不能同時(shí)導(dǎo)通，當(dāng)一個(gè)IGBT導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)相當(dāng)于 2端連在直流輸出測(cè)的正負(fù)極，例如，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，Q4的集電極相當(dāng)于直接連 接在X點(diǎn)，發(fā)射極連在Y點(diǎn)，即直接承受直流母線電壓，所以IGBT峰值電壓就 是直流母線峰值電壓）計(jì)算：IGBT關(guān)斷時(shí)的峰值電壓為下式，其中a電壓波動(dòng)系數(shù)，&安全系數(shù)，這個(gè)電 壓就是母線電壓正常情況下的最大值。U = U =

3、仙,*邸2、IGBT集電極電流當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，集電極電流就是輸出相電流。因此，集電極電流IC 卜叫，k為安全裕量。三、直流環(huán)節(jié)計(jì)算：1、直流環(huán)節(jié)電壓由于母線電容的存在，直流電壓一般認(rèn)為等于輸入線電壓的幅值，UD = qu 考慮電壓波動(dòng)和安全裕量，母線電壓最大值為Ug2uj邸，其中a是表示母線電壓的波動(dòng)系數(shù)，B代表安全裕量；電容的選擇1、容值對(duì)于三相不可控整流橋，其輸出電壓的波形如圖所示：三相不可控整流橋輸出電壓波形其中七為整流之后未加電容的輸出電壓，、為電容電壓。電路工作已經(jīng)處于穩(wěn)態(tài)，電容兩端的電壓如圖所示，t1時(shí)刻開(kāi)始充電，在t2 時(shí)刻，電容電壓達(dá)到最大值。之后由于電源電壓小于電容電壓，電

4、容開(kāi)始放電;在 t3時(shí)刻，當(dāng)電源電壓下降到最小值時(shí)，電容電壓依然大于電源電壓，電容繼續(xù)放 電;在t4時(shí)刻，電源電壓剛好等于電容電壓，此后電源給電容充電。u =欄i sin(t + 30) =*i sin(t + 30)必3U u血=UpN (1-a %)，計(jì)算得出R ln濾波電容理論值越大越好，實(shí)際應(yīng)用中采用多個(gè)電容串聯(lián)和并聯(lián)。參考一種關(guān)于電壓型變頻器直流環(huán)節(jié)濾波電容的計(jì)算方法王青松2、電壓直流環(huán)節(jié)支撐電容電壓約為直流母線電壓uc= Ud max3、電流整流側(cè)為不可控整流橋時(shí)直流支撐電容的電流有效值的表達(dá)式:逆變器輸入側(cè)交流有效值+整流輸出測(cè)交流有效值12 = 12 2mc L,ac,rms(

5、，+ a% x C x U12L,ac, rmsa % x C x Umax整流輸出測(cè)交流有效值;maxm為PWM調(diào)制比，cos 4 :功率因數(shù)t :充電時(shí)間，七:放電時(shí)間，f :整流輸出電壓脈動(dòng)頻率 cfRarccos(U )k max)&f Rt = -1 -1f f cR詳細(xì)推導(dǎo)見(jiàn)以下論文1、AC_DC_AC變頻器直流支撐電容電流計(jì)算及分析劉海濤，2、J W KOLAR, S D ROUND. Analytical calculation of the RMS current stress on the DC-link capacitor of voltage-PWM converter

6、 systems J. IEE Proc Electric Power Applications, 2006 153 (4):535-543.3、逆變器母線電容及直流電抗器參數(shù)計(jì)算陳德志4、充電電阻：使用充電電阻進(jìn)行給電容充電過(guò)程，一般認(rèn)為t = 4,=4RC時(shí)，充電基本完畢，根據(jù)充電時(shí)間長(zhǎng)短需求來(lái)選擇充電電阻，因此，充電電阻R=t4C四、制動(dòng)電阻制動(dòng)電阻，一般認(rèn)為制動(dòng)時(shí)，最多70%能量消耗于制動(dòng)電阻：,U 2因此：R制動(dòng)=切U母線電壓，P為變頻電路輸出功率。五、阻感負(fù)載已知：功率因數(shù)：cos ，視在功率：S，輸出相電壓匕， = 2兀fs，fs為工 頻。S每一相平均視在功率Sp=S/3，輸出電

7、流：IO=寸OS2 = P + P，有功功率：尸有=Scs4，無(wú)功功率：P無(wú)=v每一相上的有功功率：PR = P有3，無(wú)功功率：Pl = PJ3， TOC o 1-5 h z , cPP因此，R =言，L 1212OO六、具體計(jì)算、選型 變頻器輸入為三相380V.輸出電流9.5A，輸出功率37001、二極管反向承受電壓取波動(dòng)系數(shù)和安全裕量均為1.1：U d = 42u z X 郎 =J2 X 380 X 1.1 X 1.1 n 650 V流經(jīng)電流母線電壓最大值為UD=yU*邸650V， 一一3700直流母線的電流I。即為流經(jīng)二極管最大電流，Id = PUd 頑 n5.7A 選型說(shuō)明：根據(jù)前面計(jì)

8、算可知，整流二極管承受的最大反向峰值電壓、電流分別為：650V， 約6A。在英飛凌官網(wǎng)上有直接的三相整流橋，根據(jù)電壓電流選擇即可，主要參數(shù)是 反向電壓峰值和正向?qū)娏鳎珼DB6U85N16L （其能承受的重復(fù)峰值反向電壓和 非重復(fù)峰值反向電壓Vdrm /Vrrm = 1600V，其正向?qū)娏骺梢猿惺?0A），其封 裝示意圖和原理圖接線方式：2、IGBT承受最大電壓U = U -很U xap = 650V集電極電流，取安全裕量：IC 奴疙Io=1.1xV2x9.5a 15A選型說(shuō)明：選擇IGBT模塊時(shí)，主要看匕的電壓等級(jí)，還有其在100C時(shí)的集電極電流I ；選擇FF50R12RT4模塊（匕

9、T200U，在100C時(shí)，集電極可以承受匕nom = 50A ）, 使用三個(gè)即可構(gòu)成逆變電路，下圖是一個(gè)模塊的封裝和其原理圖：下圖是封裝示意圖還有接線圖:電容值：（a% = 3 4 5%，a%為波動(dòng)幅度）由 UpN (1 - a%) = 42Ui cos(o t1 - 30。)解得，t1 = 6.5584 x 10-4 s ,因此，電容的放電時(shí)間t = f等效電阻T 1 一12 + = 600 + 6.5584 x 10-4 = 2.322 x 10-3 sU 2C/2 x380)R = pn = 3700 = 78Qt-f-2.322 x 10-3R In1 - a%78 x In1095牝

10、 0.580 x 10-3 F，C最小為580r F電流: 取功率因數(shù)cos = 0.85，調(diào)制度m=0.9,三相輸入電壓頻率為50HZ，因此整流輸出電壓脈動(dòng)頻率為300HZ。I=a% x C x UDmax=19.96rI =122mC L,ac, rmsL,ac, rms選型說(shuō)明:笠 + COS2 84兀a% x C x U x直流母線電容多為串聯(lián)，因此選個(gè)兩個(gè)容值為1100rF，承受電壓高于650V 即可。出于安全考慮，選擇額定電壓為1000V以上的薄膜電容。5、充電電阻取充電時(shí)間1s, R =t4Cn 431Q4 x 0.580 x10-36、制動(dòng)電阻R制動(dòng)n 163QU26502C=

11、0.7 P 0.7 x 37007、阻感負(fù)載根據(jù)第五節(jié)的計(jì)算，選取功率因數(shù)0.85，視在功率3K，輸出電壓為380V，計(jì)算得，電阻為R = 40。, L = 80mH，選型說(shuō)明:考慮電阻是作為負(fù)載用，因此選擇大功率的波紋電阻（注意散熱，此平臺(tái)可 以采用自然通風(fēng)散熱），實(shí)物如下圖所示：下表為不同輸出功率下計(jì)算所得的負(fù)載值輸出相電流AR (Q)L (H)視在功率3.7K5.6A340.066視在功率3K4.55A410.081視在功率2K3.03A630.12438、KIT8020CRD8FF1217P-1 CREE Silicon Carbide MOSFET Evaluation Kit用于演示高性能的CREE 1200V SiC MOSFET（碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體）和基于TOP-247 封裝的SiC肖特基二極管。下圖為實(shí)物圖：CRD8FF1217P-1評(píng)估板的總體框圖如下圖所示，集成了一個(gè)相臂結(jié)構(gòu)：包含 兩個(gè)半橋相臂結(jié)構(gòu)CREE 80mOhm、1200v的SiC MOSFET （Q1和Q2）和兩個(gè)反向 平行1200v，20A的SiC肖特基二極管（D1和D3）。其具有電氣隔離功能的門(mén)極驅(qū) 動(dòng)模塊是專(zhuān)為驅(qū)動(dòng)SiC MOSFET Q1和Q2而設(shè)計(jì)的。該評(píng)估板上兼?zhèn)渌膫€(gè)功率跟 蹤連接器（CO