大功率直流电机测试电源设计源

2011-08-31 12:45:11来源: 互联网

直流电机相对交流电机有调速性能优良、调速方便、平滑、调速范围广等优点,因此仍然广泛应用于很多工业场合。直流调速主要有以下几种方式:电枢串电阻调速、改变电枢电压调速、PWM直流调整系统、双闭环直流调速系统、数字式直流调速系统和改变励磁的恒功率调速。


直流电动机测试电源要根据直流电动机的试验要求进行调压试验、轻载试验、负载试验和过载试验,还要进行动态过程试验等。这就要求其具有连续调压、过流功能,并要求响应速度快。本篇文章将介绍大功率直流电动机测试电源设计。
  
电路设计
1整流电路计算
整流电路选用的是三相不控整流。这个电路的特点是简单、快速,而且输出波形能够满足逆变电路的要求。输入整流滤波电路的主要作用是将交流电压变为直流电压;此外,还要具有一定的输出电压保持能力,既能防止来自电网的干扰进入电源,又能防止电源产生的干扰。


二极管应当按照有效值选取,如下是计算过程。


整流输出电压Ud的波形在一个周期内波动6次,且脉动波形相同,因此:
 (1)
U2为相电压有效值,其值为220V。
Ud=2.34×220=514V        (2)
P0为50kW,效率η取0.8,所以P0=Ud×Id×0.8,Id=P0/Ud×0.8=122A。
流过整流二极管电流的有效值为:
           (3)
而每只整流二极管承受的最大反压为:
      (4)
考虑到电网电压的波动-10%~+10%,所以二极管最小参数应取:
IA(VT)=I(VT)×1.1=78A
UFM=URM×1.1=593V
所以,二极管额定参数为:200A、1200V。因此选择的二极管型号为ZP200-ZL20螺栓型普通整流二极管。

图1 主电路图


2 滤波电容计算
电源中工频滤波器接在工频整流与逆变电路之间,既能将脉动电流变为平滑的直流,还能抑制高频干扰,尤其是变换中产生的高频干扰。


滤波电容最好选用等效串联电阻低且电容量大的电解电容,因为等效串联电阻值对输出脉动电压值有直接影响。因此,为了减少等效串联电阻,用4个电容串并联,获得所需的电容量电路。


电网电压为380V,不考虑波动,空载直流电压Ud0约为线电压峰值540V。在带负载时,电压有所下降,电容电压:
Ud=1.35×380=513V   (5)
输入电流Id,即高频变压器输入电流125A。直流侧电压在带负载时是脉动的,如图2所示。最大电压降△U按10%考虑。在T1区间内,电容C向负载放电,在T/6区间完成一个充放电周期。

图2  滤波电容滤波过程分析


假定在电容放电期间放电电流恒定,则:
Id=C△U/T1               (6)
(7)
由式(7)得
     (8)
(9)
式中,Id为输入电流125A;△U为电压变化量(△U =Ud0×10%=54V);T1为电容放电时间; Ud0为空载直流电压540V;T为工频交流电周期20ms;为工频交流电角频率),可得:
(10)
电容承受的线电压峰值540V。
实际中,采用4个5600μF/400V的电解电容和2个大电阻并联为一组,用2组串联在一起组成滤波电容组。其电容量为5600μF。大于计算值,滤波效果满足小于10%的要求。


因此,选择DCMCE 1669型电解电容,其规格为5600μF/400V。


由于电解电容不是理想的电容,它本身的阻抗对电容两端的电压会有影响,而且电压是脉动的,所以为了稳定其两端电压,使每组电容的两端电压相等,分别在每组电容两端并联了一个均压电阻R2、R3,选择R2=R3=30kΩ。


至于滤波前面的去高频干扰的电容C1,其电容量是很难确定的,因为高频干扰包括电网的干扰,也包括电源的干扰,所以可试选取C1=(2.5±5%)μF或该数量级其他电容,只要电容C1的耐压峰值满足即可以,耐压峰值Up=600V。


电容输入式整流滤波电路在接通交流电压时,由于电容充电,往往引起较大的浪涌电流。在此,选择的限流电阻R1为20Ω/20W。起动后,延时一段时间后,开关S1合上,把R1从主电路中去除。


3 逆变电路计算
对于逆变电路选取的是全桥逆变电路,采用IGBT作为开关器件。


IGBT集MOSFET和GTR的优点于一体,具有功率MOSFET高输入阻抗,热稳定性好,驱动功率小的特点,又具有GTR通态电压低,导电损耗小而耐压高的优点。


对主电路进行计算,并根据设计目标的需要对IGBT进行选型。
IGBT的作用是通过它的周期性开和关作用,把直流电压变换成方波电压,它是逆变电路的关键核心元件。由于它比较脆弱,对它的设计、选择直接关系到整个系统的安全、可靠。所以,选择的参数必须在其正向偏置安全区(FBSOA)。计算参数时留有的裕量较大。

[1] [2]

关键字:大功率直流电机  测试电源

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0831/article_3370.html
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