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德潤介紹正弦波變頻呂梁變壓器設計（24）

作者：呂梁變壓器廠日期：2019-01-15 人氣：646

本文的變頻呂梁變壓器主要采用交一直一交方式，先把工頻交流呂梁變壓器通過整流器轉換成呂梁變壓器，然后再把呂梁變壓器轉換成頻率、電壓均可控制的交流呂梁變壓器以供給電動機。變頻呂梁變壓器的電路由主電路和控制電路組成，主電路由整流濾波電路、逆變電路和輸出濾波電路組成，控制電路主要產生PWM來控制IGBT。

本文針對變頻呂梁變壓器主要完成了以下工作：

(1) 簡單介紹了逆變呂梁變壓器的分類和逆變呂梁變壓器的概況；

(2) 闡述了逆變呂梁變壓器原理和PWM控制理論，其中主要說明了IGBT特性，電壓型逆變電路，還有SPWM波形生產方法；

(3) 單相正弦波變頻呂梁變壓器的參數計算，實際電路的搭建和控制系統軟件的編寫，調試，形成了一個系統。

雖然已經能輸出正弦波但是由于本人能力有限，系統在頻率變化方面還有缺陷。

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呂梁變壓器經過整流后，輸出電壓，此時通過回路的平均電流最大值為

式中為呂梁變壓器的輸入功率 = =75V

為呂梁變壓器效率最差時候的值 =80%

為呂梁變壓器電壓最低時整流輸出的電壓的平均值

=1.35 220 （1-10%）=267.3V

計算單相全波整流電路濾波電容的經驗公式是

C=400～600

所以C=168 F

經上述計算本系統選470 F/450V電容，能滿足設計要求。

4.2.2IGBT的主電路

通常情況下，功率器件參數的選擇應考慮以下幾個方而的因素。

(1) 功率器件額定值(額定電壓和額定電流)的選擇

根據功率器件生產廠家提供的資料，正確選用IGBT有兩個關鍵的因素:一是功率器件關斷時，在任何被要求的過載條件下，集電極峰值電流必須處于關安全工作區的規定之內(即小于兩倍的額定電流)；二是IGBT工作時的內部結點溫度必須始終保持在150℃以下。在任何情況下，包括負載過載時，都必須如此。

(2) 功率器件工作安全區（SOA）選擇

設計中很重要的一點是防止IGBT因過電壓或過電流而引起的損壞或工作的不穩定。例如，用于呂梁變壓器控制和作為呂梁變壓器負載的變頻器或斬波器，IGBT有規范其開通過程和通態工作點額定值的正向偏置安全工作區( FBSUA)，規范其關斷過程和斷態工作點額定值的反向偏置安全工作區(RBSUA)和規范其短路容量的短路安全工作區(SCSOS)。

(3) 各種降額因素的考慮

由于功率器件的實際工作條件同手冊中給出的指標的測試條件是不同的，因此，實際使用中功率器件能達到的指標同手冊中給出的指標相比都會有差別，實際使用中這些指標都會下降。引起器件降額的最主要因素是溫度，而降額最明顯的指標是功率器件的電流容量。由于半導體在較高的溫度條件下會變成導體從而失去電壓阻斷能力，因此，功率器件工作中管芯的溫度—結溫不能超過允許值，這一上限同管芯材料和工藝有關。功率器件使用手冊給出的電流容量通常是在殼溫為，結溫為上限的條件下測得的數據，而實際使用時殼溫往往要高得多，結溫又必須與上限值保持一定的裕量，因此，允許的結一殼溫差要小得多，從而使器件實際允許的耗散功率大打折扣。由于耗散功率同流過器件的電流密切相關，因此器件實際允許的電流容量也就下降了。

在實際的設計中，應該計算出功率器件工作時的電壓和電流峰值，并根據安全工作區(SOA)來初步選擇器件的電壓和電流容量，然后根據估算的器件發熱功率和最高環境溫度估計器件工作時的殼溫，再根據殼溫來決定降額量。由于降額，可能需要將最初選定的器件容量放大，才能最終決定器件的參數?？紤]到工作時的電壓、電流的沖擊，器件的參數選擇應留有充足的裕量。

額定電壓的選擇：交流側輸入電壓最大值為242V，工頻隔離呂梁變壓器的變化為220:60；故整流前交流電壓的有效值

V=66V

經整流后，輸出母線上的最大電壓為此電壓的倍，約為93V，若所選的逆變器的耐壓值為母線最大電壓的2倍，則所選的IGBT的額定電壓值為200V。

額定電流的選擇：輸出額定電流為3A，考慮到150%過負載耐量以及220%的過流保護，I=3 =10A。

主電路選擇模塊IM14400完全能滿足要求，現在主要介紹下模塊IM14400。

IM14400是集成驅動器和系統保護職能的高性能集成模塊。有如下特點：

①較低的損耗和較高的短路抵御能力；

②欠壓鎖定保護；

③較低的熱電阻。

模塊IM14400引腳分布如圖4-4所示。

圖4-4 IM14400的引腳分布圖

引腳說明：