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變壓器(qì)相對交流(liú)變壓器有調速(sù)性能(néng)優良、調速(sù)方便(biàn)、平(píng)滑(huá)、調速範圍廣等(děng)優點，因(yīn)此(cǐ)仍然廣(guǎng)泛(fàn)應用(yòng)于很多(duō)工(gōng)業場(chǎng)合。調速主要有(yǒu)以下(xià)幾種方式(shì)：電樞串(chuàn)電阻(zǔ)調(diào)速、改變電樞電(diàn)壓調速(sù)、pwm調整系統、雙閉環調速(sù)系(xì)統、數字式調(diào)速系統和改(gǎi)變(biàn)勵磁的恒(héng)功率(lǜ)調速(sù)。

電動(dòng)機測(cè)試變(biàn)壓器要根據電(diàn)動(dòng)機的試(shì)驗要求進(jìn)行調壓試驗、輕載試(shì)驗、負載(zǎi)試(shì)驗和(hé)過載試驗，還要(yào)進(jìn)行動态(tài)過程(chéng)試驗等。這(zhè)就要(yào)求其具有(yǒu)連續(xù)調壓(yā)、過流功能(néng)，并要求(qiú)響(xiǎng)應速度快(kuài)。本篇文章(zhāng)将介紹(shào)電動機測試變壓器設(shè)計。
　　
電路設(shè)計
1整流電(diàn)路計算
整(zhěng)流電路選(xuǎn)用的(de)是三(sān)相不(bú)控整(zhěng)流。這個電路的特點是簡單、快(kuài)速，而且輸(shū)出波(bō)形能(néng)夠滿足逆(nì)變電(diàn)路的(de)要求。輸入整(zhěng)流濾波(bō)電路的主(zhǔ)要作(zuò)用是(shì)将交(jiāo)流電(diàn)壓變為電壓；此(cǐ)外，還要具有一(yī)定的輸出電壓保持能力，既能(néng)防止來自電網(wǎng)的幹(gàn)擾進(jìn)入變(biàn)壓器，又能防止(zhǐ)變壓(yā)器産生的(de)幹擾(rǎo)。

二極(jí)管應(yīng)當按照(zhào)有效值(zhí)選取(qǔ)，如下是計(jì)算過程。

整流輸(shū)出電壓(yā)ud的(de)波形在一個周期内(nèi)波動6次，且脈動波形相同，因此(cǐ)：
(1)
u2為相電(diàn)壓(yā)有(yǒu)效值，其(qí)值為220v。
ud=2.34×220=514v (2)
p0為50kw，效(xiào)率η取(qǔ)0.8，所(suǒ)以p0=ud×id×0.8，id=p0/ud×0.8=122a。
流過(guò)整流二(èr)極管電(diàn)流的有效值為(wéi)：
(3)
而每隻整流二(èr)極管(guǎn)承受的最(zuì)大反(fǎn)壓為：
(4)
考慮(lǜ)到電網電(diàn)壓的(de)波動-10%～+10%，所以二極(jí)管最小(xiǎo)參數應取：
ia(vt變壓器廠家)=i(vt)×1.1=78a
ufm=urm×1.1=593v
所以，二極管額定參數為(wéi)：200a、1200v。因此(cǐ)選擇的二(èr)極管(guǎn)型号(hào)為zp200-zl20螺栓型(xíng)普通(tōng)整流二極(jí)管。

圖1 主電路圖(tú)

2 濾波電容計算(suàn)
變(biàn)壓器(qì)中工頻(pín)濾波器接在工(gōng)頻整流與(yǔ)逆變(biàn)電路(lù)之間(jiān)，既能(néng)将脈動電流變(biàn)為平滑的，還能(néng)抑制(zhì)幹擾，尤其(qí)是變(biàn)換中(zhōng)産生的幹(gàn)擾。

濾波電(diàn)容******選用等(děng)效串聯電(diàn)阻低且電(diàn)容量大的電(diàn)解(jiě)電容，因為等效(xiào)串聯電阻(zǔ)值對輸出脈(mò)動電壓(yā)值有直接影響(xiǎng)。因此(cǐ)，為了減少(shǎo)等效串聯(lián)電阻，用4個電容串并(bìng)聯，獲得所需的電容量電(diàn)路。

電(diàn)網電(diàn)壓為(wéi)380v，不考(kǎo)慮波動，空(kōng)載電(diàn)壓ud0約為線電壓(yā)峰值540v。在(zài)帶(dài)負載(zǎi)時，電(diàn)壓有所下(xià)降，電(diàn)容(róng)電壓(yā)：
ud=1.35×380=513v （5）
輸入電流(liú)id，即變壓器輸(shū)入電流125a。側電壓(yā)在帶負載時(shí)是脈動的，如(rú)圖2所示。最(zuì)大電壓降(jiàng)△u按10%考慮。在(zài)t1區間内(nèi)，電容c向(xiàng)負載放電(diàn)，在t/6區(qū)間完(wán)成一個充(chōng)放電周(zhōu)期。

圖2 濾波電容(róng)濾(lǜ)波過(guò)程分析(xī)

假(jiǎ)定在(zài)電容放電(diàn)期間(jiān)放(fàng)電電(diàn)流恒定(dìng)，則：
id=c△u/t1 (6)
(7)
由式（7）得
(8)
(9)
式中，id為輸入電流125a；△u為(wéi)電壓(yā)變化(huà)量(△u =ud0×10%=54v)；t1為(wéi)電容(róng)放電時間(jiān)； ud0為空載電壓540v；t為工頻交流電周(zhōu)期20ms；為工頻(pín)交流電角頻率(lǜ))，可得(dé)：
(10)
電容承受(shòu)的線(xiàn)電壓峰(fēng)值540v。
實際(jì)中，采(cǎi)用4個5600μf/400v的(de)電(diàn)解電容和2個大(dà)電阻并聯(lián)為一(yī)組，用(yòng)2組串(chuàn)聯在(zài)一起(qǐ)組成濾波(bō)電容(róng)組(zǔ)。其電(diàn)容(róng)量為5600μf。大于(yú)計算值，濾(lǜ)波(bō)效果滿(mǎn)足小于(yú)10%的要求。

因此(cǐ)，選擇dcmce 1669型電(diàn)解電容，其(qí)規格為5600μf/400v。

由于電解電(diàn)容不(bú)是(shì)理想的電容(róng)，它(tā)本身的(de)阻(zǔ)抗對電容兩(liǎng)端的電壓會有(yǒu)影響，而(ér)且(qiě)電壓(yā)是脈動的(de)，所以(yǐ)為了穩定其兩端電壓，使每組(zǔ)電容(róng)的(de)兩(liǎng)端電壓相等，分(fèn)别在(zài)每組電(diàn)容兩端并聯(lián)了(le)一個均(jun1)壓(yā)電阻r2、r3，選(xuǎn)擇r2=r3=30kΩ。

至(zhì)于濾波前面(miàn)的(de)去幹擾的電容(róng)c1，其電(diàn)容量是很(hěn)難确(què)定(dìng)的，因為幹擾包(bāo)括電網(wǎng)的幹擾，也包括(kuò)變壓器的(de)幹擾(rǎo)，所以(yǐ)可試選取c1=（2.5±5%）μf或該數量級其(qí)他電(diàn)容(róng)，隻(zhī)要電(diàn)容c1的耐壓(yā)峰(fēng)值滿足即可(kě)以，耐壓峰值(zhí)up=600v。

電容輸(shū)入式整流濾波電路在接通交(jiāo)流電壓時，由于電容充電，往往(wǎng)引起較大的浪(làng)湧電流。在此，選(xuǎn)擇(zé)的限(xiàn)流(liú)電阻(zǔ)r1為20Ω/20w。起(qǐ)動後(hòu)，延時(shí)一段時間後，s1合上，把r1從主電路中去除。

3 逆(nì)變電(diàn)路計算
對于逆(nì)變電(diàn)路(lù)選取的是全(quán)橋逆(nì)變電(diàn)路，采用igbt作(zuò)為器件。

igbt集mosfet和(hé)gtr的優點(diǎn)于一體，具有功(gōng)率mosfet高輸(shū)入阻(zǔ)抗(kàng)，熱穩定性好，驅(qū)動功率小的特(tè)點，又(yòu)具有gtr通态(tài)電壓低，導電損(sǔn)耗小而耐(nài)壓高的優點。

對主電(diàn)路進行計算，并(bìng)根據(jù)設計目标(biāo)的(de)需要對igbt進行(háng)選型。
igbt的作用是通過它的(de)周期性開(kāi)和(hé)關作用(yòng)，把電壓變(biàn)換成(chéng)方波(bō)電壓(yā)，它是(shì)逆變(biàn)電路的關鍵核(hé)心(xīn)元(yuán)件。由(yóu)于它比(bǐ)較(jiào)脆弱(ruò)，對它的設計、選(xuǎn)擇直接關系到(dào)整個(gè)系統的安全、可靠(kào)。所(suǒ)以，選(xuǎn)擇的參(cān)數必須在其(qí)正向偏置(zhì)安全(quán)區(fbsoa)。計算參(cān)數時留有(yǒu)的裕量較大。

① 額(é)定電(diàn)壓
輸入電網電(diàn)壓整流濾(lǜ)波後(hòu)，輸出的電壓最(zuì)大值(zhí)：
(11)
其中，ud為igbt承(chéng)受的穩(wěn)态(tài)最大(dà)電壓(yā)，u為電網電(diàn)壓有(yǒu)效值為380v；1.1為波(bō)動(dòng)系(xì)數；α安全(quán)系數(shù)取1.1。

關斷時(shí)的峰(fēng)值(zhí)電壓uce為(wéi)988v，額定電(diàn)壓(yā)應向(xiàng)上取，實際(jì)電壓等級(jí)值取1200v。

② 額定(dìng)電流ic
變壓(yā)器一(yī)次側(cè)電流(liú)
i1=i2×n2/n1=125a
其中，i1為變(biàn)壓器一次(cì)側電流，i2為測試(shì)變壓(yā)器輸出電(diàn)流，n1、n2為變壓(yā)器一(yī)次側(cè)和二次側匝數。
每(měi)隻igbt管上的平(píng)均(jun1)電流i為63a。

額(é)定電流(liú)ic是igbt手(shǒu)冊上(shàng)給出的在(zài)結溫25℃條件下的(de)額定(dìng)值(zhí)，ics=186a。

其中，ics為igbt額定(dìng)電流計算值；i為每隻(zhī)igbt管上(shàng)的平均電流；1.414為(wéi)峰值系數；1.5為imin過(guò)載容(róng)量(liàng)系數；1.4為(wéi)ic減小(xiǎo)系數。額定(dìng)電流(liú)ic是(shì)根據管子電流等級按(àn)200a取。綜上所述，igbt管(guǎn)的額(é)定電壓為1200v，額定(dìng)電流為200a。因此，igbt選擇西門子(zǐ)igbt模塊bsm200gb120dlc。

4 輸出整(zhěng)流(liú)電路設計(jì)
整流二極管(guǎn)不僅應(yīng)有短(duǎn)的反向恢(huī)複時間(jiān)和小的(de)反向恢複電流(liú)，而且反向電流(liú)的恢複(fú)速度以(yǐ)緩慢為好，便于(yú)減小(xiǎo)噪聲。常用(yòng)的有摻金(jīn)擴(kuò)散(sàn)型、外延型、肖特(tè)基型和(hé)快恢複(fú)型（pin）。其中，快恢複型(xíng)的特點(diǎn)是正向壓降低，常溫(wēn)時0.85v，随結溫(wēn)升高(gāo)，正向電(diàn)壓降會更低(dī)，150℃時隻(zhī)有0.6v，和(hé)肖特(tè)基管接近(jìn)；反向時間(jiān)短，不大于(yú)200ns；反(fǎn)向(xiàng)漏電(diàn)流在(zài)150℃時和額定電壓(yā)下(xià)隻(zhī)有1ma，接近普(pǔ)通整流二(èr)極管。故選用快(kuài)恢複型二(èr)極管。

對于單相全波(bō)整流電路，整流(liú)二(èr)極管(guǎn)額定電(diàn)流：
in=0.5×i2=500a
式中，in為整(zhěng)流(liú)二極(jí)管額(é)定電(diàn)流；i2為變壓器輸(shū)出電流1000a
管上承(chéng)受最大反壓：
um=2×u2=136v
其(qí)中，u2為(wéi)測試變壓(yā)器輸出(chū)電壓幅(fú)值68v。考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)留有(yǒu)一定的裕(yù)量，因此，二極管按電(diàn)壓300v，電流2000a選(xuǎn)取(qǔ)。最(zuì)終選(xuǎn)擇的是zk300-35zt3平(píng)闆型快恢複二極管(guǎn)。
　　
控制電路設計
本設(shè)計中(zhōng)控制電路選用(yòng)移相控制(zhì)。移相式pwm控制器通過(guò)移相(xiàng)，使全橋的(de)四個輪流導通(tōng)。在同一橋臂的(de)兩個(gè)管輪(lún)流導(dǎo)通過程(chéng)中(zhōng)，通過變壓(yā)器的漏感與(yǔ)管的輸(shū)出寄(jì)生電容組(zǔ)成(chéng)諧振腔使(shǐ)電(diàn)容上(shàng)的電(diàn)壓以最快(kuài)的速(sù)度(dù)放電，保(bǎo)證(zhèng)管處于零電(diàn)壓狀态(zvs)，從(cóng)而避免了(le)工(gōng)作過程(chéng)中電壓(yā)電(diàn)流的重疊(dié)。

pwm移相控制(zhì)是通過uc3875的誤差(chà)放大器來實現(xiàn)的，在uc3875的4角(jiǎo)上接pi調節(jiē)器(qì)，利用電(diàn)壓傳感器将輸出電(diàn)壓與給定(dìng)基準電壓相比(bǐ)較，從(cóng)而(ér)控制a、b與(yǔ)c、d之間的相(xiàng)位，最(zuì)終調整波形占(zhàn)空比，使變壓器(qì)穩定在預定值(zhí)上。a/b、d/c兩個(gè)半(bàn)橋，可(kě)單獨(dú)進行導通(tōng)延時(即(jí)死區時間)的控制(zhì)，在該(gāi)死區時間(jiān)内(nèi)确保下一個(gè)功率(lǜ)器件的(de)輸(shū)出電(diàn)容放電完畢，為(wéi)即将導通(tōng)的器件提供電(diàn)壓開通條件。

圖(tú)3所示(shì)是本設計(jì)的控(kòng)制電(diàn)路(lù)圖。

圖3 控制電(diàn)路

驅動電(diàn)路設計
随着igbt在(zài)各類變流裝置(zhì)中的廣(guǎng)泛(fàn)應用(yòng)，igbt驅動模塊的選(xuǎn)擇及其性(xìng)能越(yuè)來越(yuè)引起(qǐ)使用(yòng)者的重視(shì)。理想的驅動(dòng)模(mó)塊除(chú)了應(yīng)為igbt提供足夠的開通和關(guān)斷栅(shān)壓外(wài)，還應具備迅速、可靠(kào)的保(bǎo)護(hù)功能，同(tóng)時力求電路簡單、穩定。igbt的(de)常用(yòng)驅動模塊有(yǒu)許(xǔ)多種(zhǒng)，其(qí)中exb系列(liè)應用(yòng)最廣。exb841驅動(dòng)模塊廣泛應用(yòng)于變壓器、ups、電力(lì)傳動(dòng)及電力補(bǔ)償等領域。

圖4所(suǒ)示是本(běn)設的igbt的(de)驅動電路圖。

圖(tú)4 驅動電路

igbt在過程中(zhōng)需要一個(gè)+15v電壓以獲(huò)得低(dī)開啟(qǐ)電壓，還需(xū)要一個5v關(guān)栅電(diàn)壓以防止(zhǐ)關斷(duàn)時的誤動作。

這(zhè)兩種電壓均可由20v供電(diàn)的(de)驅動器内(nèi)部(bù)電路産(chǎn)生(shēng)。