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甘肅變壓器相◇對◇(Duì)交流甘肅變壓[Yā]器有(Yǒu)調速性能優(Yōu)良、調速方便、平(Píng)滑(Huá)、調速範圍廣等(Děng)優點，因此仍然廣泛[Fàn]應用于▲很▲多工業場合。調速主要▲有▲[Yǒu]以下(Xià)幾種方式：電樞串電阻調速、改[Gǎi]▽變▽電樞電壓調速(Sù)、PWM調整系統、雙閉環調速系統、數字式調速系統和改變(Biàn)勵磁的恒功率調▽速▽。

電動機測試甘肅變壓[Yā]器要根據電動機的試驗要求進行調(Diào)壓試驗、輕載試驗、負載試驗⋄和⋄過載試驗，還要進行動态過程(Chéng)試驗等。這就◇要◇(Yào)求其具有連續調壓、過流功能，并要求[Qiú]響應速度快。本篇文章将介(Jiè)紹電動機測試甘肅變壓器設(Shè)計。
　　
電路設[Shè]計(Jì)
1整流電路▿計▿算
整流電路選用的是三相不控整流。這個電路的特點是簡單、快速，而且輸出波形能⋄夠⋄滿足[Zú]逆變電路○的○[De]要求。輸入整流濾波(Bō)電路的主要作用是将▽交▽流電壓變為電壓；此外[Wài]，∇還∇要具有一定的輸出[Chū]電壓保持能力，既能防(Fáng)止來◇自◇電網的幹擾進入甘肅變壓器，◊又◊能防[Fáng]止[Zhǐ]甘肅變壓器産生的(De)幹擾。

二極管應當按照有效值選取，如下是計算過程。

整流◈輸◈(Shū)○出○電[Diàn]壓Ud的波形在一(Yī)個周期内(Nèi)波動6次，且脈動波形相(Xiàng)同[Tóng]，因此：
(1)
U2為(Wéi)相◆電◆壓有效值，其值為220V。
Ud=2.34×220=514V (2)
P0為50kW，效率η取0.8，所以(Yǐ)P0=Ud×Id×0.8，Id=P0/Ud×0.8=122A。
流過整流二極管電流的有效值為：
(3)
而(ér)每隻整流二極管承受的最大[Dà]反壓為：
(4)
考●慮●到電網電壓[Yā]的波動(Dòng)-10%～+10%，所以二●極●管最小參[Cān]數應取：
IA(VT變壓器廠家)=I(VT)×1.1=78A
UFM=URM×1.1=593V
所以，二(èr)極管額定參數為：200A、1200V。因此選擇的[De]●二●[èr]極管型◇号◇◊為◊ZP200-ZL20螺栓型(Xíng)普通整[Zhěng]流二極管。

圖1 主電(Diàn)路圖

2 濾波電容▲計▲算
甘肅變壓器中(Zhōng)工頻濾波器接在工頻整流◊與◊逆變電路之間[Jiān]，既能将(Jiāng)脈動電[Diàn]流變為平滑的[De]，還能抑制幹擾，尤其是(Shì)變換中産生的幹擾。

∇濾∇[Lǜ]波電容******選用等效串(Chuàn)聯電阻低且電容[Róng]量大[Dà]的(De)電解[Jiě]電容，因為等效串聯[Lián]電阻值⋄對⋄輸出脈動電壓值有(Yǒu)直接影(Yǐng)響。因此，為了減少等效串聯(Lián)電阻，用4個⋄電⋄容串并聯，獲(Huò)得所需的電容量電路。

電網電壓為380V，不考(Kǎo)慮(Lǜ)波動，空載電壓Ud0約為線電壓峰值(Zhí)540V。在帶(Dài)負載時(Shí)，▽電▽壓有所下降，電容電[Diàn]壓：
Ud=1.35×380=513V （5）
輸入▽電▽流Id，即甘肅變(Biàn)壓器輸入電流125A。側電壓在帶負載(Zǎi)時是脈動◆的◆，如圖2所示。最(Zuì)大電壓▾降▾△U按10%考▿慮▿。在T1區間内，電容C▾向▾負載放電，在T/6區間完[Wán]成一●個●充放電(Diàn)周期。

圖2 濾波電容濾波過程◇分◇(Fèn)析

假定在電容放電期間放電[Diàn]電流恒定，則：
Id=C△U/T1 (6)
(7)
由式（7）得
(8)
(9)
式中，Id為輸入電流125A；△U為電壓變(Biàn)化量(△U =Ud0×10%=54V)；T1為◆電◆容(Róng)放電時間； Ud0為空載電[Diàn]壓540V；T為工頻(Pín)交流電周期20ms；為工頻交流電角頻率)，可得：
(10)
電⋄容⋄[Róng]承▽受▽的線(Xiàn)電壓峰(Fēng)值540V。
實際中，采用4個5600μF/400V的[De]電解電(Diàn)容▿和▿2個大電阻并聯為一組，用2組串聯在一[Yī]起▿組▿成濾波電◇容◇組。其[Qí]電容量為5600μF。大于計算值，◇濾◇(Lǜ)波效果滿足小于10%的要[Yào]求。

因此，選擇(Zé)DCMCE 1669型電解電容，其(Qí)規格為5600μF/400V。

由[Yóu]于電解電容●不●是理想的電▿容▿[Róng]，它本身的阻抗對電容兩端的電壓會有(Yǒu)影響，而且電壓是脈(Mò)動的，所以為了穩定其兩端電壓，使▿每▿組[Zǔ]電容的兩端電壓相等，分[Fèn]别在每組電容(Róng)◇兩◇[Liǎng]端并聯了一個均[Jun1]壓電(Diàn)阻R2、R3，選擇R2=R3=30kΩ。

至于濾波前面的去幹擾的電容C1，◇其◇◇電◇[Diàn]容[Róng]量是▿很▿難确定的，因為幹擾包括電網的幹擾，也包括[Kuò]甘肅變壓器的幹擾，所以可試選取C1=（2.5±5%）μF或[Huò]該數[Shù]●量●級其他電容，隻要電容C1的耐壓峰值滿足▿即▿可以(Yǐ)，耐壓峰值Up=600V。

電(Diàn)容輸入式(Shì)整▿流▿(Liú)濾波電路◈在◈接通交流電壓時，由▿于▿電容充電，往往[Wǎng]引▿起▿(Qǐ)較大的浪[Làng]湧電流。在此，選擇的限流電阻(Zǔ)R1為20Ω/20W。起動後，延時一段時間後，S1合上，把R1從主▾電▾路中(Zhōng)去除。

3 逆變電路計◆算◆
對于逆變電路選取的是全橋(Qiáo)逆變電路，采用IGBT作為器件。

IGBT集MOSFET和GTR的優點于一[Yī]體，具有功率MOSFET高輸入阻抗(Kàng)，熱穩定性好，▾驅▾(Qū)動功率小的特點，又(Yòu)具有[Yǒu]GTR通(Tōng)态電壓低，導電損耗小而耐壓高(Gāo)的優點。

對▲主▲電路進行計算，并[Bìng]根據(Jù)設(Shè)計目标的需[Xū]要對IGBT進行[Háng]選型。
IGBT的作(Zuò)用是通過它的周期性開和關作用，●把●電壓變換成方波電壓，它是逆變電路的關(Guān)鍵核心元件。◊由◊⋄于⋄它比較[Jiào]脆弱，對它的設計、選(Xuǎn)擇直[Zhí]接關系○到○整個系(Xì)統的安全、可靠。所以，選擇的參數必須在其正向偏置安全區(FBSOA)。計算參數時留有的[De]裕量較大。

① 額定電壓
◊輸◊入⋄電⋄網電壓整流濾波後，輸出的(De)電壓○最○(Zuì)大值：
(11)
其中，Ud為IGBT承受的穩态最▾大▾電壓，U為電網電壓有效值為380V；1.1為(Wéi)波動系數；α安全系(Xì)◆數◆取1.1。

關斷時∇的∇峰值電壓Uce為988V，額定電壓應向上取，實際電壓等級值取1200V。

② 額定電流Ic
甘肅變壓器一次側電流(Liú)
I1=I2×N2/N1=125A
其中，I1為甘肅變壓器一次側電流，I2為測試甘肅變壓器輸出電[Diàn]流，N1、N2為甘肅變壓器一[Yī]次側和二次側匝數。
每隻(Zhī)IGBT管[Guǎn]上的平均電流I為[Wéi]63A。

額定電流Ic▲是▲IGBT手冊上給▿出▿的在結溫25℃條件下的額定值，Ics=186A。

其中，Ics為IGBT額定電○流○計算值；I為每隻IGBT管上的平均電(Diàn)流；1.414為峰值系數(Shù)；1.5為Imin過載容量(Liàng)系數；1.4為(Wéi)Ic減小系數。額定電流Ic是根據管子電流▿等▿級按200A取。綜上所述，IGBT管的額定電壓為[Wéi]1200V，額定[Dìng]電流為200A。▽因▽此，IGBT選擇▾西▾門(Mén)子IGBT模塊BSM200GB120DLC。

4 輸出整流電路設計
整流二極[Jí]管不(Bú)僅應有短的反▿向▿恢複時間和小的反[Fǎn]向恢複電流，而且反向(Xiàng)電流的◆恢◆[Huī]複速度以緩慢為好，便◊于◊減小噪聲(Shēng)。常用的有(Yǒu)摻金▲擴▲散型、外延型、肖特基●型●[Xíng]和快恢複[Fú]◊型◊（PIN）。其中，快恢複型的特點是正向壓降○低○(Dī)，常溫時0.85V，▽随▽結溫(Wēn)升高，正向電壓降會更低，150℃時隻(Zhī)有0.6V，和肖特基管(Guǎn)接近；反向時▿間▿短，不大于200ns；反向漏電流在150℃時和額定電壓下隻[Zhī]有1mA，接近普通∆整∆流二極管。故選[Xuǎn]用快恢複型二極管。

對于單相(Xiàng)全波▲整▲流電路，整流二(èr)極管額定∇電∇◈流◈：
IN=0.5×I2=500A
式中，IN◆為◆(Wéi)整流二極管額[é]定電流；I2為甘肅變壓器輸出∆電∆流1000A
管[Guǎn]上承(Chéng)受最大反壓：
Um=2×U2=136V
其中，U2為測試甘肅變壓器輸出電壓幅(Fú)值68V。考慮(Lǜ)到留有一定的裕量，○因○此，二極(Jí)管按電壓300V，電(Diàn)流2000A選取。最終選擇的[De]是ZK300-35ZT3平闆型快恢複二極管。
　　
控制電路設計
本設計中[Zhōng]控制電路選用移相控制。移[Yí]相式PWM控制器通◊過◊移相，使全橋的四個輪(Lún)流導[Dǎo]通。在同一橋臂的(De)兩個管輪流導通過程中，通過甘肅變壓(Yā)○器○▽的▽漏感與(Yǔ)管的⋄輸⋄出寄生電容組成諧振腔使◇電◇容上○的○電(Diàn)壓以最快的速度放電(Diàn)，保證管[Guǎn]處于零電壓∇狀∇态(ZVS)，從而避免(Miǎn)了工作過程中電壓電[Diàn]流◊的◊(De)重疊。

PWM移相控⋄制⋄是通過UC3875的誤差放大器來實現的，在UC3875的4◊角◊上接[Jiē]PI調節器，利用◊電◊壓[Yā]傳感(Gǎn)器将輸出電壓與給定基準電壓相比較，從而控制A、B與C、D之間的相(Xiàng)位，●最●[Zuì]終調整波形占空比，◇使◇甘肅變壓器穩定在預定值(Zhí)上。A/B、D/C兩個半∆橋∆，可單獨[Dú]進行導通延●時●(即死區時間[Jiān])的控制，在該死區時間内确保下一個功(Gōng)率器件的輸[Shū]出電(Diàn)容放(Fàng)電完畢，為即将導通的器件●提●◊供◊電壓開通條件(Jiàn)。

圖3所示是本設計的▾控▾制電(Diàn)路圖。

圖3 控制電路

驅動電(Diàn)路設計
随着IGBT在(Zài)各類變流裝置[Zhì]中的(De)廣泛應用，IGBT驅動模塊的[De]選擇及其性能越來越引起(Qǐ)使用者的重視。理[Lǐ]想的驅▿動▿⋄模⋄(Mó)塊除了(Le)應為IGBT提供足夠的[De]開⋄通⋄和關斷栅壓外，還應具備迅速、可靠的◇保◇護功能，同時力求電路簡單、穩定。IGBT的常用驅○動○模塊有(Yǒu)許多種(Zhǒng)，其中EXB系列應用[Yòng]最[Zuì]廣。EXB841驅動模塊廣泛應用于甘(Gān)肅變壓[Yā]器、UPS、電力傳動及電力補償等領域。

圖(Tú)4所示是本設的IGBT的驅動電路[Lù]圖。

圖4 驅(Qū)動電路

IGBT在過程中需(Xū)要一個[Gè]+15V電壓以獲得低開啟電壓(Yā)，還需要一個5V關栅電壓以[Yǐ]防止關斷時的誤動作。

這兩種電壓均可由20V供電的驅(Qū)動器内(Nèi)部電路⋄産⋄生。