9.4.1  AC-DC变换电路设计

9.4.1 AC-DC变换电路设计

如果从三相200V商用电网取得56kW且功率因数为95%以上的电能,则可实现的唯一方案就是PWM变换器(使用SDA-5)。直流侧电压ED的设定值可以根据IGBT/IPM的类型、成本和效率进行选择。例如,由1200V/150A的IGBT组成SDA-5,可以把ED最大值设定为600V。而当降低输出,如输出电压为250V以下时,将ED自动地减小到350V左右为佳,对应开关频率为10kHz左右。当然,在IPM两端需连接吸收回路,将开关状态时发生的异常电压抑制到设定值以下(各SD端子为1200V)。

下面计算持流电感L1的正常值。600V的ED产生的空间矢量为图示图示,无畸变的变换器输入电压econv=490cos(π/6)=424V,另外,200V的三相交流电对应的电压空间矢量图示,当相电流为160A时,基于图6.36计算电感值为

图示

这是将电流看做正弦波计算出来的最大可能值,实际取比此值小30%的3.0mH[18]。在一定程度上减少L1,使得econv的控制有充分的裕度。(https://www.daowen.com)

关于电源输入端的滤波电容C1和直流输出端的C2与外部电路的相关性需要实际的经验,在此省略其说明。

对额定输入电流为160A(有效电流值)的需求,却使用额定电流为150A(平均电流值)的IPM[19],似乎会使人感到有些疑惑,图9.22a所示为其工作过程的仿真波形。L1=3.0mH,ED=600V,开关频率为900Hz(18倍,为了能更清晰地显示波形细节,降低了开关频率)。U相输入电流iac-U为160A,其峰值为226A。可以看出此时为单位功率因数运行,也显示了PWM变换器的U相电压econv-U(由调制电压表示,实际是一系列方波波形)。

图9.22b所示为IPM的SD电流。U相的正半波电流流过桥臂-QU的SD和桥臂+QU的D。在控制信号为“0”时,以iSD-QU的脉动电流从前者流入,在控制信号为“1”时,则以iD+QU的脉动电流从后者流入。在此之外的时间段里,这些开关器件中没有电流。因此,电流平均值一定在额定值以内[20]。在此关注的是脉动电流的额定最大值,额定值为150A的IPM允许的最大脉动电流值为300A,本例中约为230A脉动电流。

依据EMC规定,输入电源端的滤波电容C1必须除去泄漏噪声电流,可以根据外部实际电路情况来考虑。