10kw逆變電源主電路設(shè)計(jì)匯總

..前言逆變是利用晶閘管電路把直流電轉(zhuǎn)變成交流電,這種對應(yīng)于整流的逆向過程。例如：應(yīng)用晶閘管的電力機(jī)車,當(dāng)下坡時(shí)使直流電動機(jī)作為發(fā)電機(jī)制動運(yùn)行,機(jī)車的位能轉(zhuǎn)變成電能,反送到交流電網(wǎng)中去。又如運(yùn)轉(zhuǎn)著的直流電動機(jī),要使它迅速制動,也可讓電動機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行,把電動機(jī)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?反送到電網(wǎng)中去。把直流電逆變成交流電的電路稱為逆變電路。在特定場合下,同一套晶閘管變流電路既可作整流,又能作逆變。變流器工作在逆變狀態(tài)時(shí),如果把變流器的交流側(cè)接到交流電源上,把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)去,叫有源逆變。如果變流器的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接,而直接接到負(fù)載,即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載,則叫無源逆變。交流變頻調(diào)速就是利用這一原理工作的。有源逆變除用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)外,還用于交流饒線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的串級調(diào)速和高壓直流輸電等方面。逆變電源因體積小、重量輕、節(jié)材、節(jié)能、轉(zhuǎn)換效果高等特點(diǎn),現(xiàn)已得到了廣泛應(yīng)用。目前逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式、全橋式等多種類型。根據(jù)需求可采用不同拓?fù)湫问降哪孀冸娐窛M足其需求。目前IGBT〔絕緣柵雙極型晶體管是逆變電源中常用的功率器件,已逐步取代原晶閘管、晶體管、場效應(yīng)管〔MOSFET。由于橋式逆變電源在選擇功率開關(guān)器件耐壓要求可以稍低,并有較高的功率輸出,現(xiàn)通常采用全橋式逆變電路來實(shí)現(xiàn)較大功率輸出。課程設(shè)計(jì)所要求做的是2kw的逆變電源主電路設(shè)計(jì)〔要求：電網(wǎng)電壓380v,允許變化10%,要求輸出220v,50KHz交流電壓向負(fù)載供電。目錄1.逆變電源發(fā)展及主電路的選擇………1.1逆變電源的發(fā)展··················································1.2主電路的結(jié)構(gòu)選擇············································2.主電路部分設(shè)計(jì)……………………2.1整流電路設(shè)計(jì)部分………………2.1.1整流二極管的選擇…………2.1.2整流二極管的保護(hù)設(shè)計(jì)……………………2.2濾波電容Cd的選取………………2.3斬波電路設(shè)計(jì)······················································2.3.1斬波參數(shù)的選擇············································2.4逆變電路部分設(shè)計(jì)…………………2.4.1絕緣柵雙極型晶體管〔IGBT的選擇…………………2.4.2IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)…………………3.高頻變壓器設(shè)計(jì)部分…………………3.1高頻變壓器主要參數(shù)………3.2變壓器磁芯的選擇………………3.3高頻變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組匝數(shù)計(jì)算································3.4計(jì)算繞組導(dǎo)線線徑及估算銅窗占有率························4.心得體會…………5.參考文獻(xiàn)…………………1.逆變電源發(fā)展方向及主電路的結(jié)構(gòu)選擇1.1逆變電源的發(fā)展方向高頻逆變電源的發(fā)展與電力電子技術(shù)和器件的發(fā)展密切相關(guān),高頻逆變式電源正是隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。感應(yīng)加熱技術(shù)從誕生至今,經(jīng)過近百年的發(fā)展,取得了令人矚目的成果,尤其是六十年代以后,固態(tài)電力電子器件的出現(xiàn)與發(fā)展,使感應(yīng)加熱技術(shù)和現(xiàn)代化生產(chǎn)的許多方面密切相關(guān),發(fā)揮了很大的的作用,因此世界各國都十分關(guān)注感應(yīng)加熱技術(shù)的發(fā)展,并投入了相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)支持和技術(shù)力量。目前傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱電源與固態(tài)感應(yīng)加熱電源取長補(bǔ)短,互補(bǔ)共存。目前逆變式電源技術(shù)正朝以下方向發(fā)展：一、

沿20kHz的技術(shù)路線開發(fā)研制50kHz、100kHz級的逆變式電源。二、

探討旨在降低電力電子器件開關(guān)功耗,提高開關(guān)頻率的零電壓、零電流開關(guān)<軟開關(guān)>技術(shù),其中包括電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工程實(shí)現(xiàn)。高頻<1～10MHz>諧振開關(guān)技術(shù),包括準(zhǔn)諧振式和多諧振式零電壓、零電流技術(shù),是近10年來國際電力電子領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前在1～10MHz,實(shí)驗(yàn)室已達(dá)數(shù)百瓦水平；在100kHz級達(dá)幾千瓦水平。高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)只有在數(shù)百kHz以上才能充分顯示其巨大的優(yōu)越性,由于器件、材料和技術(shù)上的原因,在今后較長的一段時(shí)間內(nèi),高頻逆變式電源依然以硬開關(guān)技術(shù)為主,但軟開關(guān)技術(shù)也將愈來愈多地得到開發(fā)和應(yīng)用[1]。三、

研制和生產(chǎn)大容量的逆變式電源。為適應(yīng)市場的需求,大功率、高頻率逆變式電源已經(jīng)引起越來越多人的關(guān)注,大量研發(fā)工作正在進(jìn)行,而且容量還在不斷增大。四、

研制和生產(chǎn)智能控制的逆變式電源。為適應(yīng)高質(zhì)量、高性能和加熱工作的市場需求,愈來愈多地研究開發(fā)和生產(chǎn)智能控制的逆變式電源,其中包括了波形控制和模糊控制技術(shù),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動跟蹤技術(shù)等等。采用波形控制和模糊控制技術(shù)的逆變式電源,在日本、美國、法國等國已有批量產(chǎn)品,我國已有研究開發(fā)成果和樣機(jī)。五、

研究功率因數(shù)校正和減少電網(wǎng)諧振干擾。目前串聯(lián)逆變式電源的輸入整流濾波單元均采用不可控二極管整流和大容量濾波電容,它會產(chǎn)生交變的嚴(yán)重非正弦化和窄脈沖電流,導(dǎo)致有的逆變器功率因數(shù)很低,如半橋式逆變器只有0.65左右。隨著逆變式電源的日益推廣應(yīng)用,電網(wǎng)諧振問題變得愈來愈嚴(yán)重,因而改善輸入電流波形和提高功率因數(shù)已成為重要的課題,特別是對三相和中大功率的逆變式電源需要進(jìn)一步開展功率因數(shù)校正和減少電網(wǎng)諧振波干擾的研究1.2主電路的結(jié)構(gòu)選擇根據(jù)負(fù)載諧振形式的不同,可以將電源逆變器分為串聯(lián)諧振式逆變器和并聯(lián)諧振式逆變器兩種逆變結(jié)構(gòu)。圖2-1和圖2-2分別給出了兩種逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖1-1串聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)圖1-2并聯(lián)諧振逆變器結(jié)構(gòu)1.1.2逆變電源的結(jié)構(gòu)的選擇串聯(lián)諧振式逆變器的輸入端并接有大電容,逆變器將直流電壓變換為交流電壓,因此也稱為電壓源型逆變器；電流型逆變器的輸入端串接有大電感,形成平穩(wěn)的直流電流,逆變器將輸入的直流電流變換為交流電流輸出,因此也稱為電流型逆變器。從電路原理的角度來看,兩種電路是完全對偶的。這種對偶性主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面,如表1-1所示。表1-1兩種逆變器的比較綜合比較串聯(lián)諧振逆變器和并聯(lián)諧振逆變器的優(yōu)缺點(diǎn),從適合高頻小功率應(yīng)用的角度,本設(shè)計(jì)選用串聯(lián)諧振逆變器電路拓?fù)洹?.2串聯(lián)諧振式逆變電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)方式因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓波動10%,所以要通過穩(wěn)壓調(diào)節(jié)穩(wěn)定高頻變壓器原流I10,從而穩(wěn)定高頻變壓器輸出電壓使負(fù)載正常工作。串聯(lián)諧振式逆變電源的調(diào)壓主要方法是直流側(cè)調(diào)壓。1.2.1直流則調(diào)壓方式直流調(diào)壓通常采用相控整流或直流斬波來改變逆變器的輸入直流電壓的大小?！?相控整流調(diào)壓由六只晶閘管組成三相全橋可控整流電路如圖1-3所示。圖1-3相控整流電路三相全橋可控整流電路是通過控制由6只晶閘管實(shí)現(xiàn)的全控整流橋的開通和關(guān)斷來調(diào)節(jié)直流輸出電壓,采用晶閘管整流電路雖原理易懂,并且可以通過調(diào)節(jié)控制角α,從而穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的波動。但是結(jié)合信號控制部分來說,相對而言,通過斬波電路的信號控制來調(diào)節(jié)電壓波動更為容易實(shí)現(xiàn)。直流斬波調(diào)壓逆變電源中的直流斬波調(diào)功方式的調(diào)功原理如圖1-4所示：圖1-4斬波調(diào)功方式原理框圖前端是由六只二極管組成的三相不可控整流器,輸出的直流電壓Ud,經(jīng)過電容Cl濾波后送入由開關(guān)管T、續(xù)流二極管D、濾波電感L1組成的斬波器,調(diào)節(jié)T的占空比,逆變器得到的電壓就在0～Ud之間任意的電壓值。本設(shè)計(jì)選用不控整流加PWM軟斬波器的調(diào)壓方式。1.310kW逆變電源主電路的設(shè)計(jì)圖1-510kW逆變電源主電路圖采用二極管整流,得到脈動的直流電；再用電解電容進(jìn)行濾波,輸出穩(wěn)定的電壓；考慮電網(wǎng)電壓波動,通過檢測高頻變壓器原邊線圈電流I10并與額定值相比較,調(diào)節(jié)PWM信號從而通過斬波電路穩(wěn)定高頻變壓器原邊線圈電流；用IGBT器件逆變,并用SPWM控制方式對逆變開關(guān)器件進(jìn)行控制。從而使輸出端得到一系列幅值相等而脈沖寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來代替正弦波或者需要的波形。按照一定的規(guī)則對個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,即可以改變逆變電路輸出的電壓的頻率。此電路特點(diǎn)：〔1可以得到相當(dāng)接近正弦波的輸出電壓；〔2整流電路采用二極管,可以獲得接近1的功功率因數(shù)；〔3通過對輸出脈沖寬度的控制就可改變輸出電壓,大大加快了變頻器的動態(tài)響應(yīng)。2.主要功率器件的計(jì)算和選擇2.1整流部分三相380V電源,整流電路為三相橋式全波整流電路。假定沒有電壓變化,其輸入電壓為U=380V,則通過三相橋式不可控整流輸出電壓直流平均值：U0=1.35U=513V整流濾波后電壓為：U1=380V=537V考慮電網(wǎng)電壓波動<±10%波動>則整流濾波最高電壓為：U1max=110%U1=110%537V=590V整流濾波最低電壓為：U1min=90%U1=483V電源輸出功率為Pd=10kW,考慮設(shè)整流器、斬波器、逆變器的效率的都為%98,以及高頻變壓器的效率都為90﹪,并假設(shè)電源的功率因數(shù)為0.95,設(shè)計(jì)最大整流輸出功率為：PdM=IdmU1min則最大整流輸出電流:Idm===22.5A2.1.1整流二極管模塊的選擇〔1二極管的平均通態(tài)電流為1/3Idm<1/3應(yīng)是三相整流中,每組二極管通過電流的總電流的1/3>,則二極管電流有效值ID=。ID===13A二極管電流定額：IDN=2=2=16.5A<考慮2倍安全余量>二極管電壓定額：UNRM==21.1537=1082V選擇額定電流為20A,額定電壓為1200V的快速恢復(fù)整流二極管型號：MUR20120。2.1.2整流二極管的保護(hù)設(shè)計(jì)〔1過壓保護(hù)正常工作時(shí),二極管能承受的最大峰值UM有一定的限度。超過此峰值電壓的就算過電壓。在這個(gè)流裝置中,任何偶然出現(xiàn)的過電壓均不應(yīng)該超過元件的不重復(fù)峰值電壓UDSM,而任何周期性出現(xiàn)的過電壓則應(yīng)小于元件的重復(fù)峰值電壓URSM。這兩種電壓都是經(jīng)常發(fā)生和不可避免的。因此,在變流電路中,必須采用各種有效保護(hù)措施,以抑制各種暫態(tài)過電壓,保護(hù)二極管元件不收損壞。抑制暫態(tài)過電壓的方法一般有3種：①用電阻消耗過電壓的能量；②用非線性元件限制過電壓的幅值；③用儲能元件吸收過電壓的能量。若以過電壓保護(hù)裝設(shè)的部位來分,有交流側(cè)保護(hù),直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)3種?！惨韵掠?jì)算均為經(jīng)驗(yàn)公式>交流側(cè)和直流側(cè)過電壓保護(hù)采用壓敏電阻；二極管采用RC電路保護(hù)。壓敏電阻的參數(shù)和RC電路值計(jì)算與選用方法如下。常用于中小功率整流器過電壓保護(hù)時(shí)可選用3~5kA；用于防雷保護(hù)時(shí)可選用5~20kA。①交流側(cè)過電壓保護(hù)計(jì)算：式中U───壓敏電阻兩段正常工作電壓的有效值。U1mA上限的確定應(yīng)是在吸收過電壓時(shí),其殘壓低于被保護(hù)的整流二極管所允許的電壓值。側(cè)交流側(cè)壓敏電阻U1的選擇考慮電網(wǎng)電壓波動<±10%波動>則：因?yàn)橥ǔＳ糜谥行」β收髌鞑僮鬟^電壓保護(hù)時(shí),可選擇3~5kA,故壓敏電阻RV1～RV3選擇VJY型額定電壓為1000V,5kA。②二極管的過電壓保護(hù)：整流二極管的過電壓保護(hù),通常是在二極管元件兩端并聯(lián)RC電路,如圖所示。整流二極管過電壓保護(hù)電路RC的選擇：電容電容耐壓,電阻R一般取R=10～30,對于整流管取下限值。其功率滿足：——二極管額定電流〔A——整流輸出額定電壓<V>——二極管兩端電壓峰值。10205010020050010000.10.150.20.250.5121008040201052表2表2-1二極管RC保護(hù)電路參數(shù)經(jīng)驗(yàn)值整流二極管的過電壓保護(hù),通常是在二極管元件兩端并聯(lián)RC電路,如圖2─1所示。圖2─1RC保護(hù)則保護(hù)電路參數(shù)計(jì)算：C=<2.5～5>0.05～0.1,取0.1；,取1500V；R=10,,取4W。③直流側(cè)過電壓保護(hù)在直流情況下：〔1.8～2.2Ud0V式中Ud0───整流濾波后的直流輸出電壓。則,U1MA<1.8～2.2>×537V=〔967～1181V,所以壓敏電阻RV4取1200v,5kA?！?過電流保護(hù)快速熔斷器選用原則：額定電壓：額定電壓不小于正常工作電壓的方均根值。額定電流：額定電流應(yīng)按它保護(hù)的元件實(shí)際流過的電流〔方均根值來選擇,一般可用下列各式計(jì)算。①交流側(cè)過電流保護(hù)采用快速熔斷器額定電壓：額定電壓不小于正常工作電壓的方均根值。額定電流：額定電流應(yīng)按它保護(hù)的元件實(shí)際流過的電流〔方均根值來選擇,一般可用下列各式計(jì)算。交流側(cè)：──熔體額定電流──最大整流電流──三相橋式取0.816所以：故交流側(cè)快速熔斷器F0～F3選擇RS3額定電壓750V,考慮熔體額定電流應(yīng)選4A的快速熔器。為限制短路電流上升率和瞬時(shí)短路電流峰值,在交流輸入端串三只進(jìn)線電抗〔L1～L3,數(shù)值180,進(jìn)線電抗還能阻隔中頻諧波影響交流電網(wǎng)。②二極管的過電流保護(hù)：,故交流側(cè)快速熔斷器FU1～FU6選擇RS3額定電壓750V,熔體額定電流20A的快速熔斷器。③直流側(cè)過電流保護(hù)采用快速熔斷器=18.36A,故直流側(cè)快速熔斷器FU7～FU8選擇RS3額定電壓750V,熔體額定電流20A的快速熔斷器。2.1.2濾波電容Cd選擇〔1電解電容Cd的作用：三相全波整流輸出的直流脈動頻率300Hz,為了供給逆變平滑的直流電壓,必須輸入整流電路和逆變器之間加入濾波電容,以減小整流輸出后直流電的交流成分。濾波電容一用電解電容器。電解電容Cd往往只被人們誤解城市濾波電容。實(shí)際上,電解電容Cd除了濾波意外更重要的的作用是吸收負(fù)載電感的反饋能量,起無功功率存儲交換的作用。電容不僅增加了變器的效率,而且保證了逆變器的可靠運(yùn)行?！?濾波電容Cd的計(jì)算如果把6次諧波脈動電壓Ud<6>限制在的范圍內(nèi)則：〔式中Id<6>────6次脈動電流有效值,───市電網(wǎng)頻率,當(dāng)f=50Hz時(shí),=314rad/s>確定電解電容時(shí),應(yīng)首先考慮電網(wǎng)波動±10%,當(dāng)輸出整流輸出電壓為最低值為90%U0=；且要保證輸出功率則Id<6>；這里；電容兩端電壓考慮較大的電解電容可以得到更平緩的輸入電壓并綜合考慮成本實(shí)際選用兩只標(biāo)稱為3300μF/600V直流的電解電容串聯(lián)使用。2.3斬波電路設(shè)計(jì)2.3.1斬波參數(shù)的選擇〔1開關(guān)管的選擇：斬波器的頻率fr選定為50kHz,整流橋的輸出電流即斬波器的最大輸入電流IdM=22.5A,輸入電壓為U1=537V,斬波器承受的最大電壓與整流橋一致,為537V,輸入電網(wǎng)電壓380V整流濾波后,直流輸出最大值Ud=U×1.1×α,其中,U為380V電網(wǎng)電壓有效值；1.1為電壓波動系數(shù)；α為1.1裕量<或安全>系數(shù)。則,Ud=×380×1.1×1.1=650V。該值為IGBT所承受的穩(wěn)態(tài)最大電壓值。但在實(shí)際工作中,IGBT所承受的最大峰值電壓往往在關(guān)斷時(shí),其關(guān)斷峰值電壓Uceps=<Ud×1.15+150>·α。其中,Ud為直流輸出電壓大值；1.15為過電壓系數(shù)；150為感抗電流上升率di/dt引起的尖峰電壓<V>；α為1.1裕量<或安全>系數(shù)。則Uceps=<Ud×1.15+150>×α=<650×1.15+150>×1.1=987.25V,考慮IGBT電壓格則選1200V為實(shí)際電壓值。流過斬波器的最大電流為I=〔1.5～222.5=〔33.75～45A,所以選擇50A,1200VIGBT選取FUJI公司的IGBT,型號1MBH50D_120,故即使在該開關(guān)管發(fā)熱情況較嚴(yán)重的情況下仍可保證其通流能力在可靠范圍內(nèi)?！?開關(guān)管反并聯(lián)二極管Ds的選擇：開關(guān)管反并聯(lián)二極管Ds其電流值為IdM=22.5A,其參數(shù)與第四章中的整流二極管參數(shù)基本一致,所以考慮安全余量選擇額定電流30A,額定電壓1200V的快速恢復(fù)二極管,型號：MUR30120〔3續(xù)流二極管Df的選擇：續(xù)流二極管Df的參數(shù)也與第四章中的整流二極管參數(shù)基本一致,所以考慮安全余量選擇額定電流20A,額定電壓1200V的快速恢復(fù)二極管,型號：MUR20120〔4軟開關(guān)諧振電感和諧振電容的選擇：Lr和Cr的設(shè)計(jì)取決于它的諧振頻率fr和最大輸出電流Iomax。可以按照以下式子進(jìn)行確定。式中：Kc=0.8。取Lr=60.8,=0.167,電容耐壓值1500。2.4逆變電路部分設(shè)計(jì)2.4.1絕緣柵雙極型晶體管〔IGBT的選擇<1>確定電壓額定值UcespUd=380=650V式中,α為波動系數(shù),值取1.1。關(guān)斷時(shí)的峰值電壓表2─2IGBT電壓選擇則Ucesp=〔650×1.15+150α=987.25V式中1.15為過電壓保護(hù)系數(shù)；α為安全系數(shù),一般取1.1；150為電感引起的尖峰電壓?？紤]表4─1IGBT的電壓規(guī)格,本設(shè)計(jì)中選用的IGBT額定電壓為1200V<2>IGBT模塊額定電流確定：主變壓器一次側(cè)電流：I1.=,其中,NP高頻為變壓器原邊繞組的匝數(shù)；Ns為高頻變壓器副邊繞組的匝數(shù)；U10為變壓器一次側(cè)電壓,因?yàn)榻?jīng)整流逆變后輸出電壓為方波電壓,其有效值不變所以U10=U1=537V;U20為變壓器二次側(cè)電壓,由設(shè)計(jì)基本條件得出U20=220V；I2為變壓器二次側(cè)電流,I20=。則,。IGBT模塊每只管上的平均電流額定值<全橋式整流>I=0.5×I10=0.5×18.6=9.3A,如選用IGBT模塊給定電流額定值是在結(jié)溫TC=25℃條件下,則模塊電流值ICS應(yīng)按下列條件給予確定。ICS=×I×1.5×1.4=1.414×9.3×1.5×1.4=27.5A,式中：為峰值系數(shù)；I為IGBT管上平均電流；1.5為單位時(shí)間<1min>過載容量系數(shù)；1.4為IGBT的IC減小系數(shù)。根據(jù)Ucesp=987V,ICS=27.5,考慮充足的安全余量選擇型號為FUJI公司的IGBT,型號1MBH30D_120。通過上述兩種對IGBT模塊選擇和理論計(jì)算,IGBT模塊選基本吻合的,這說明實(shí)際工作中所選用的IGBT是可行的。2.4.2IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)〔1過電壓保護(hù)功率主回路的吸收電路如圖6所示,是用來吸收IGBT關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管反向恢復(fù)浪涌電壓。在某些應(yīng)用中,吸收電壓還可以減少IGBT的開關(guān)損耗。通常有典型的4種吸收電路,選擇時(shí)則考慮功率電路的大小來選擇相應(yīng)吸收電路。IGBT的過壓保護(hù)如圖2─2所示圖2圖2─2IGBT過壓保護(hù)電路①電容C的選取：根據(jù)C=；其中IC-IGBT最大集電極電流〔Atfv-IGBT最大集電極電壓上升時(shí)間〔s,tfi-IGBT最大集電極電流下降時(shí)間〔s,UCE-IGBT最大集電極與發(fā)射極電壓〔V；一般電容不要選擇過大,以0.1μF~0.2μF為宜,否則電阻發(fā)熱嚴(yán)重?！踩=0.2μF②電阻的選擇：R=其中ton-IGBT最小導(dǎo)通時(shí)間；C-吸收緩沖電路中電容值。在逆變頻率為20kHz則D<占空比>==ton×fton===2μs電源最小占空比為0.1,由R=確定阻值大小。所以,R=3.3Ω,取5Ω。③二極管D的選擇：快恢復(fù)二極管〔FRD：有0.8-1.1V的正向?qū)▔航?35-85ns的反向恢復(fù)時(shí)間,在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換,提高了器件的使用頻率并改善了波形。整流輸出的最大電流為I=〔1.5～222.5=〔33.75～45A,所以選擇50A,1200V故即使在該開關(guān)管發(fā)熱情況較嚴(yán)重的情況下仍可保證其通流能力在可靠范圍內(nèi)。所以器件選取型號：MUR50120。過電流保護(hù)過電流保護(hù)的熔斷器的額定電流,取值取IGBT額定電流的1.5~2倍裕量,即：IRN=27.5×〔1.5~2=41.25A～55A,URN=1000V。所以FU9～FU12選擇RS3型額定電壓1000V,熔體額定電流50A的快速熔斷器。3高頻變壓器的設(shè)計(jì)3.1高頻變壓器主要參數(shù)高頻變壓器輸出功率PT=Pd=10000W;原邊繞組電壓幅值U1=537V；次級輸出電壓U20=2200V：開關(guān)頻率=50kHz；額定輸出電流I20=45.5A；變壓器效率3.2變壓器磁芯的選擇適用于高頻的磁芯材料有鐵氧體磁芯,鐵粉磁芯以及非晶合金。設(shè)計(jì)時(shí),要查找三類磁芯的基本特性以選擇合適的磁芯材料,在一般情況下都可選用鐵氧體材料滿足設(shè)計(jì)要求。然后在根據(jù)廠家提供的磁芯材料手冊<一般可在磁芯廠家網(wǎng)站獲得>選取具體的磁芯材料編號并獲得其具體特性參數(shù)。磁芯規(guī)格的選取通?？上裙浪阕儔浩鞯男?然后由輸出功率和估算效率計(jì)算出變壓器的輸人功率,再根據(jù)生產(chǎn)廠家給出的磁芯規(guī)格和傳送功率的關(guān)系數(shù)據(jù)來選擇。如果手頭缺少上述資料,可利用常用Ap法進(jìn)行估算選取。〔3.1式中：Ae為磁芯截面積<cm2；AQ為磁芯窗口面積〔cm2；PT為變壓器的標(biāo)稱輸出功率〔W；Bm是磁芯工作的磁感應(yīng)強(qiáng)度〔G；是線圈導(dǎo)線的電流密度,通常取=2～3<A/mm2>；Km是窗口填充系數(shù),一般取0.2～0.4；為開關(guān)頻率；KC是磁芯的填充系數(shù),對于鐵氧體KC=1.0。要選取磁芯的AeAW接近且大于式<1>中的AP值。取=2A/mm2并將；Km=0．4：KC=1.0；=5Ox103<Hz>：為了多留些余地,可在減小主功率變壓器的最大磁通密度Bm=1000GS,等參數(shù)一起代人式<3.1>,得擬選擇EE型磁芯,其外形如圖3─1所示。圖3─1EE型磁芯外形圖其中Ae和Aw可按下面的式子進(jìn)行估算。根據(jù)圖3─1中提供的磁芯尺寸,我們選擇EE110/110,其磁芯尺寸參數(shù)如表3─1所示表3─1EE型磁芯尺寸則,cm2,因此EE85/88磁芯的功率容量為：而2000W、20kHz的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)功率容量為：AP=34.7可見它明顯小于功率容量乘積值70.16,符合要求。3.3高頻變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞組匝數(shù)計(jì)算計(jì)算高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)值：取原邊匝數(shù)20砸。計(jì)算高頻變壓器副邊繞組的匝數(shù)值：取整數(shù)時(shí)副邊匝數(shù)為8砸。3.4計(jì)算繞組導(dǎo)線線徑及估算銅窗占有率副邊繞組導(dǎo)線截面積為：mm2繞組導(dǎo)線規(guī)格的選擇。高頻電流的集膚效應(yīng),使導(dǎo)線的實(shí)際導(dǎo)電截面積減小。因此。在導(dǎo)線選擇上應(yīng)使用多股導(dǎo)線并繞,副邊大電流繞組最好能使用寬而扁的銅帶,寬度與變壓器磁心窗口高度接近,厚度則受2倍的穿透深度限制。表3列出了高頻電流穿透銅導(dǎo)線的深度。表3─2高頻電流穿透銅導(dǎo)線的深度因?yàn)?所以允許采取的最大線徑為如去表稱直徑為0.94毫米的公制漆包線,需要股,取整為81股并繞。同理,對于變壓器原邊,其繞組導(dǎo)線截面積為。若同樣取標(biāo)稱直徑為0．94mm的公制漆包線進(jìn)行繞制的話,需要,取整為37股并繞。銅窗的占有率估算如下：,即得542.4392.25所以,銅窗是富裕的。此高頻變壓器計(jì)算參數(shù)基本符合要求。總電路圖如下：元件器件：元器件型號表序號～標(biāo)號名稱型號規(guī)格1L1～L3電感180μH2RV1～RV3壓敏電阻VJY型1000V,5kA3F0～F2快速熔斷器RS3型750V,20AD1～D6整流二極管MUR201204R1～R6電阻10,4