PDF《第21卷第6期》

6 2008―12 机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH&

APPUCAllON 第21卷第6期.2008年12月大、开关频率高等优点,已逐步成为大、中容量逆变器 的功率电子开关管的主流.因其具有开关频率高、输 出功率大、无二次击穿现象等特点,广泛应用于各种 开关电源、变频器和逆变装置.其优点为:①输入阻 抗高,驱动功率小;

②开关速度快,可达35kHz;

③电 流密度高,载流量大;

④饱和压降低,标准饱和压降 3V,比同规格MOSFET管减小lO倍.开关损耗小, 约为GTR管的l/3;

⑤安全工作区宽,没有二次击穿 现象.

2 IGBT逆变CO:电源主电路设计峰.61 逆变器的电路拓扑结构有推挽式、全桥式、半桥 式、单端正激式、单端反激式等多种类型,对于大功率 逆变电源,适宜采用全桥式逆变器.本设计的逆变电 源输出电流400A,空载电压50V,频率20kHz,功率较 大,故选用IGBT全桥式结构逆变主电路.由于全桥 式逆变主电路,功率开关器件耐电压要求较低,所以 为了使开关管在承受同样的耐电压和电流情况下逆 变器有更大的功率输出,采用全桥式逆变主电路.而 且全桥式逆变电路通过串联合适的隔直电容及严格 控制电路正负半波的对称性和严格挑选功率开关管, 可达到半桥式逆变电路同样的抗不平衡能力.图2 为IGBT全桥逆变主回路电气原理图.三相380V交 流电压经全桥整流滤波送至逆变器,由IGBT的交替 开关产生高频交流电压,经高频变压器降压,整流、滤 波后加到电弧负载上.逆变器由4组IGBT模块及 反并联二极管、Rc吸收等保护电路构成.采用脉宽 调制(PwM),由单片机控制电路产生两路脉宽信号, 经驱动电路分别驱动两个桥臂的IGBT,驱动电路采 用EXB840模块. 图2 IGBT全桥逆变主回路电气原理图 主电路分为:①输入整流滤波电路.二极管D, 一仇组成输入,C,为高频滤波电容;

隔离电网与逆变 电路之间的谐波干扰;

电阻尺:、月,和电容器组C:、C, 组成滤波电路;

R.为限流电阻,限制起动时的合闸浪 涌电流;

继电器K控制限流电阻切换,启动后闭合, 把.R.从主电路去除;

电阻尺..、R,卜稳压管岛与电容 Cn组成延时电路,控制尺,切换时间;

②逆变器.1嘎

一、吼为功率开关IGBT,与中频变压器卯.组成逆变 器;

电阻尺.一尺,与二极管D,.一D,,

组成嘎一亿 尺cD吸收回路,减小脚r开关过程电流、电压冲击;

・92・ ③输出整流滤波电路.快速整流二极管模块D,、D8 和直流电抗器￡.组成单相全波整流滤波输出电路;

R c9与尺. CIo组成D,、D.的吸收回路. 主电路变压器的设计及器件选择依据为:电源额 定输出电压为50V,额定电流400A,负载持续率 60%,逆变器工作频率20kHz.输出电抗器设计为抽 头可调式,便于调整电感量,电感最大值约为O. 2mH. 2.1中频变压器设计 中频变压器主要作用是电压变换(降压)、功率 传递和实现输入、输出之间的隔离.由于中频变压器 工作频率高达20kHz,它要求磁心材料高频损耗尽可 能小,此外还要求饱和磁通密度高,随工作温度升高, 饱和磁密度的降低尽量小等.对于上述要求,采用性 价比好的铁氧体材料做变压器磁心,功率损耗明显减 少.实际制作的变压器磁心采用双E型磁心组合而 成.中频变压器一次侧为1组绕组Ⅳl,二次侧为2 组绕组Ⅳ2,Ⅳ3对称串联.一次电压为方波电压,其 幅值为电网输入电压配;