新晨阳滤波电容计算 - 大功率直流电机测试电源设计
2 滤波电容计算
电源中工频滤波器接在工频整流与逆变电路之间,既能将脉动电流变为平滑的直流,还能抑制高频干扰,尤其是变换中产生的高频干扰。
滤波电容最好选用等效串联电阻低且电容量大的电解电容,因为等效串联电阻值对输出脉动电压值有直接影响。因此,为了减少等效串联电阻,用4个电容串并联,获得所需的电容量电路。
电网电压为380V,不考虑波动,空载直流电压Ud0约为线电压峰值540V。在带负载时,电压有所下降,电容电压:
Ud=1.35×380=513V (5)
输入电流Id,即高频变压器输入电流125A。直流侧电压在带负载时是脉动的,如图2所示。最大电压降△U按10%考虑。在T1区间内,电容C向负载放电,在T/6区间完成一个充放电周期。
图2 滤波电容滤波过程分析
假定在电容放电期间放电电流恒定,
(10)
电容承受的线电压峰值540V。
实际中,采用4个5600μF/400V的电解电容和2个大电阻并联为一组,用2组串联在一起组成滤波电容组。其电容量为5600μF。大于计算值,滤波效果满足小于10%的要求。
因此,选择DCMCE 1669型电解电容,其规格为5600μF/400V。
由于电解电容不是理想的电容,它本身的阻抗对电容两端的电压会有影响,而且电压是脉动的,所以为了稳定其两端电压,使每组电容的两端电压相等,分别在每组电容两端并联了一个均压电阻R2、R3,选择R2=R3=30kΩ。
至于滤波前面的去高频干扰的电容C1,其电容量是很难确定的,因为高频干扰包括电网的干扰,也包括电源的干扰,所以可试选取C1=(2.5±5%)μF或该数量级其他电容,只要电容C1的耐压峰值满足即可以,耐压峰值Up=600V。
电容输入式整流滤波电路在接通交流电压时,由于电容充电,往往引起较大的浪涌电流。在此,选择的限流电阻R1为20Ω/20W。起动后,延时一段时间后,开关S1合上,把R1从主电路中去除。
3 逆变电路计算
对于逆变电路选取的是全桥逆变电路,采用IGBT作为开关器件。
IGBT集MOSFET和GTR的优点于一体,具有功率MOSFET高输入阻抗,热稳定性好,驱动功率小的特点,又具有GTR通态电压低,导电损耗小而耐压高的优点。
对主电路进行计算,并根据设计目标的需要对IGBT进行选型。
IGBT的作用是通过它的周期性开和关作用,把直流电压变换成方波电压,它是逆变电路的关键核心元件。由于它比较脆弱,对它的设计、选择直接关系到整个系统的安全、可靠。所以,选择的参数必须在其正向偏置安全区(FBSOA)。计算参数时留有的裕量较大。
① 额定电压
输入电网电压整流滤波后,直流输出的电压最大值:
其中,Ud为IGBT承受的稳态最大电压,U为电网电压有效值为380V;1.1为波动系数;α安全系数取1.1。
关断时的峰值电压Uce为988V,额定电压应向上取,实际电压等级值取1200V。
② 额定电流Ic
高频变压器一次侧电流
I1=I2×N2/N1=125A
其中,I1为高频变压器一次侧电流,I2为测试电源输出电流,N1、N2为高频变压器一次侧和二次侧匝数。
每只IGBT管上的平均电流I为63A。
额定电流Ic是IGBT手册上给出的在结温25℃条件下的额定值,Ics=186A。
其中,Ics为IGBT额定电流计算值;I为每只IGBT管上的平均电流;1.414为峰值系数;1.5为Imin过载容量系数;1.4为Ic减小系数。额定电流Ic是根据管子电流等级按200A取。综上所述,IGBT管的额定电压为1200V,额定电流为200A。因此,IGBT选择西门子大功率IGBT模块BSM200GB120DLC。
4 输出整流电路设计
开关整流二极管不仅应有短的反向恢复时间和小的反向恢复电流,而且反向电流的恢复速度以缓慢为好,便于减小噪声。常用的有掺金扩散型、外延型、肖特基型和快恢复型(PIN)。其中,快恢复型的特点是正向压降低,常温时0.85V,随结温升高,正向电压降会更低,150℃时只有0.6V,和肖特基管接近;反向时间短,不大于200ns;反向漏电流在150℃时和额定电压下只有1mA,接近普通整流二极管。故选用快恢复型二极管。
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