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    汽油發電機逆變電路的設計

    作者:admin 發布時間:2021-04-06點擊:130

     
     
    3-3電容濾波的三相不可控整流電路
    Fig.3-3Three phase rectifier circuit with capacitance filter
    電壓型全橋逆變電路的原理圖如圖3-3所示,它是由四個IGBT組成逆變橋的 兩個橋臂,可以看成由兩個半橋逆變電路結合組成。把四個IGBT中的QI、Q4作 為一對,Q2、Q3作為另一對橋臂,同一橋臂的兩個IGBT同時導通,兩對交替各導 通180度。如果直流側直流電壓為的矩形波,則全橋逆變電路輸出交流電壓展 開成傅里葉技術形式為:
    41/ 1 1
    Uo=——-(sin 効 +—sin 3a)t + - sin 5a)t + )
    勿 3 5
    其中基波的幅值Um和基波的有效值分別為:
    皿3=皿 4=巫絲=0.9 S
    3.1.2.1逆變電路功率元件的選擇
    IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor (絕緣柵雙極型晶體管)的縮寫,IGBT 可以看做由MOSFET和雙極型晶體管復合而成的一種器件,其輸入極為MOSFET, 輸出極為PNP晶體管,它融和了這兩種器件的優點,既具有MOSFET器件驅動功 率小和開關速度快的優點,又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優點,其頻率 特性介于MOSFET與功率晶體管之間,可正常工作于幾十kHz頻率范圍內,在現 代電力電子技術中得到了越來越廣泛的應用,在較高頻率的大、中功率應用中占據 了主導地位,因此本系統釆用IGBT作為功率開關器件。IGBT的選擇可以從器件的 電壓等級和電流等級、開關時間等方面加以考慮。在本文的系統中母線最高直流輸 入電壓為800V,則每個IGBT所承受的最高電壓也為800V,考慮系統前級為不可 控整流電路,所以逆變電路的輸入電壓具有一定得沖擊性,要為電壓尖峰影響留有 一定裕量,這里可以選擇電壓等級為1200V的IGBT,安全裕度適當,確保逆變電 路能夠安全運行。器件的電流等級則要根據它所通過的最大峰值電流來確定。當系 統輸出功率2.2KVA時,逆變橋中每個橋臂的IGBT中流過的電流峰值為: / 頊。=72^ = V2x —= 14,14J.考慮到電流紋波以及反并聯二極管反向恢
    0 Uo 220
    復尖峰電流,安全裕度去2,因此器件的電流應為30A.
    本設計中,根據電壓等級和電流等級的要求,選擇德國英飛凌公司的IGBT, 型號為IHW30N120R2,自帶續流二極管,耐壓為1200V,最大平均電流為30A, 此外這款IGBT的開通和關斷分別為300ns和800ns,本設計逆變電路載波頻率為 12.5KHZ,所以開關時間滿足設計要求網。
    3.1.2. 2吸收電路的設計
    前面說過,IGBT具有開關速度快、飽和壓降低而容量大的優點,但也畢竟是 有限的,在開通時能承受的di/dt和關斷時能承受的du/dt都比較大,因此有時也需 要對其進行限制。首先分析一下IGBT產生過電壓的原因:
    (1) 關斷過電壓
    IGBT的開關速度很高,開關時會產生很大的di/dt,從而在模塊周邊的分布電 感L上會產生很高的Lx(di/dt)(關斷浪涌電壓),如果對其不加限制,則可會造成 IGBT的過壓擊穿。
    (2)換相過電壓
    續流二極管反向恢復時也會產生過電壓(浪涌電壓)•當IGBT導通時,續流二極 管的電流迅速減小到0而趨向關斷,其反向恢復過程使這個電流繼續減小到負的最 大值,在這個電流再次快速恢復到0的過程中,會產生可觀的di/dt,進而會在母線 寄生電感上感應出Vs =LBx(di/dt)的電壓阻止該電流的減小,這個電壓F,和直流電 壓疊加起來,對IGBT的耐壓能力形成威脅。本文所選用的吸收電路為放電阻止型 吸收電路,如圖3-3所示。其吸收電路的工作原理如下㈣口缶
    首先,假設QI、Q4先導通,則吸收電路中C2、C5上電壓為逆變器輸入端電 壓方向為上正下負,QI、Q4導通時管壓降近似為零。Q2、Q3上電壓為逆變 器輸入端電壓U"方向為上正下負。
    當Qk Q4關斷時,由于直流母線分布電感的存在,使IGBT在關斷的過程中 產生很大的尖峰電壓,當QI、Q4上的電壓超過直流母線電壓S時,尖峰電壓會分 別通過C2、R3和C5、R2放電,尖峰電壓全部耗在電阻上,待吸收電路放電結束 后,QI、Q4完全關斷,此時Q2、Q3還沒開通,QI、Q2、Q3、Q4上電壓UJ2, C2、C3、C4、C5上電壓為S,方向為上正下負。此時如果Q2、Q3仍然沒有導通, 則電流會經Q2和Q3集電極與發射極之間并聯的二極管續流,此時QI、Q4上的電 壓而Q2、Q3上的電壓為零。C2、C3、C4、C5上電壓U,方向為上正 下負。二極管續流直到電流減小為零,然后開通Q2、Q3,在此過程中吸收電路中 各處電壓不變。
    上述詳細的分析了吸收電路的工作過程,在吸收尖峰電壓的過程中,C2、C3、 C4、C5上的電壓大小始等于逆變器輸入端電壓直流母線電壓Uj, IGBT上的電壓 也不會超過Uj,因此吸收電路能良好的抑制關斷浪涌電壓。此吸收電路
    在吸收電阻上產生的損耗可用下式表示:
    P = ^Y~ (39)
    式中,L—直流母線的分布電感;
    I-一IGBT關斷時集電極電流(可通過査找datasheet得到);
    f—IGBT的開關頻率;
    假設在吸收電路中沒有接入吸收電阻Rl、R2、R3、R4,則吸收電路中電容電 壓會上升,設為電容電壓上升的最大值,接入吸收電阻后,可以使超過母線電壓 U,部分的尖峰電壓產生的能量將全部損耗在電阻上,根據能量守恒定律,結合(3.9) 式有:
    心業* (3.10)
    2 2 '丿
    這里取L=luH, IGBT的關斷集電極電流通過查找IHW30N120R2的datasheet 可知,為15A,母線電壓0最大值為800V, —般“為直流母線電壓的1.2倍,這 里取1000V,應用式(3.10)可得電容C2~C5大小為125nF,取100nF的高頻 無感電容作為吸收電路電容。吸收電阻值可按下式計算:
    (3.11)
    本設計中IGBTT作頻率取12.5kHz,計算可得R<133.3C,實際上為了保證電 容的放電速度,實際取50Q/2W的無感電阻作為吸收電阻。二極管D7、D8、D9、
    D10需選用耐壓1200V的快恢復二極管作為吸收電路的二極管。