低溫等離子體消毒滅菌設備的電源設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 IO 全波整流、電容濾波 * O 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 9 橋式整流、電容濾波 * O 橋式整流、電感濾波 *使用條件： DC/AC 逆變 開關電源中的一個重要的能量轉換環節是把工頻整流后得到的直流電由電子開關變換成負載需要的交流電。逆變器是將直流電變換成交流電的變換器。本設計是將 整流濾波后的直流電直接接到交流負載。所以本設計采用的是無源逆變，且直流邊電壓無脈動能輸出穩定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設計的需求。 元器件的選擇 絕緣門極晶體管 IGBT 的介紹 IGBT 也是三端器件，它的三個極為漏極、柵極和源極。有時也將 IGBT 的漏極稱為集電極，源極稱為發射極。可見， IGBT 是以 GTR 為主導器件， MOSFET 為驅動器件的復合管， 圖 36所 示為 IGBT 的外形圖。 絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的圖形符號 N 溝道 P 溝道 圖 36 IGBT 外形圖 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 10 它的三個電極分別為門 極 G、集電極 C、發射極 E。 絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)的特點： 這種器件的特點是集 MOSFET 與 GTR 的優點于一身。 ，速度快，熱穩定性好。 ，耐壓高，電流大。 MOSFET 大，芯片面積只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET 略低 IGBT 模塊達到 12001800A/18003300V 的水平（參考）。 （ 370600V），可達到 150180KHz。 絕緣柵雙極晶體管的 主要 參數與特性： （ 1） 轉移特性 （ 2）輸出特性 它的三個區分別為： 靠近橫軸：正向阻斷區，管子處于截止狀態。 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 11 爬坡區：飽和區，隨著負載電流 Ic 變化， UCE 基本不變，即所謂飽和 狀態。 水平段：有源區。 （ 3）開關損耗： 常溫下， IGBT 和 MOSFET 的關斷損耗差不多。 MOSFET 開關損耗與溫度關系不大，但 IGBT 每增加 100 度，損耗增加 2 倍。 開通損耗 IGBT 平均比 MOSFET 略小，而且二者都對溫度比較敏感，且呈正溫度系數。兩種器件的開關損耗和電流相關，電流越大，損耗越高。 電路分析 本論文采用的電路設計及逆變得到的波形圖如圖所示 ： : 1）直流側并聯大電容，直流電壓基本無脈動。 2) 輸出電壓為矩形波，電流波形與負載有關。 3） 電感性負載時，需要提供無功功率。為了有無功功率通道，逆變橋臂需要并聯二極管。 2原理分析與特性： 1） 同單相半橋逆變電路相比，在相同負載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的 幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。 2）電感負載時 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 12 0≤ t＜ sT ／ 4， sT /2≤ t≤ 3 sT ／ 4 期間， 1D 、 4D 導通起負載電流續流作 用，在此期間 1T 、 4T 均不導通。 22somod TILdtdiLU ?? 3）阻感負載 RL 時 0≤θ≤ω t 期間， 1T 和 4T 有驅動信號，電流 Oi 為負值， 1T 和 4T 不導通， 1D 、 4D 導通起負載電流續流作用， 0u =+ dU 。 θ≤ω t≤π期間， Oi 為正值， 1T 和 4T 才導通。 π≤ω t≤π +θ期間， 2T 和 3T 有驅動信號，由于電流 Oi 為負值， 2T 、 3T 不 導通， 2D 、 3D 導通起負載電流續流作 用， 0u =－ dU 。 π +θ≤ω t≤ 2π期間， 2T 和 3T 才導通。 LC 濾波電路 濾波器輸出設計 ,如圖 37所 示 設： F 為逆變器輸出頻率 (10KHz).Fk 最低次諧波電壓頻率（ 30 KHz）。 Fc濾波器的截至頻率。 Fc=2Fk/(EBOEBO) Bo=lnUkim/Ukom Ukim:濾波器輸入端最低次諧波的電壓幅值 Ukom：濾波器輸出端最低次諧波的電壓幅值 F=10KHz Fk=30KHz （ Fc《 FK） 設 Ukim=10V Ukom=3V Bo=lnUkim/Ukom = 圖 37 濾波器電路 圖 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 13 EBO=EBO=+ = Fc=2 30/ = 元件的計算 LoCo=1/(2π f)2 Lo/Co=（ ～ ） 2 選擇 Lo/Co（ ） 2 Lo=Uo1=168V 令 150V K=150/1000 = R=K2RL = 100MΩ = Lo= 103 =13mH Co/Lo=1/（ ） 2 Co= 濾波器輸出電壓 設 CoR 并聯諧振為 Z2 Z=Z1+Z2 =JWLo+Z2 Z2=RL*1/JWCo/RL+1/JWCo 將 RL=37Ω Co= 解： ZL=() Z1=J2π *104**103 = U2=Z2/（ Z1+Z2） *U1 Z2/（ Z1+Z2） =（ ） /+() 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 14 =()/+J(*) =()/ ===()(1+)/()(1+) =1+=Z2/（ Z1+Z2） = U2=*168=201V 結論 電容選擇 CY22/234，電感選擇 SDCL2020D TYPE。 高頻升壓電路 變壓器的概述 變壓器的最基本型式，包括兩組繞有導線之線圈，并且彼此以電感方式稱合一起。當一交流電流 (具有某一已知頻率 )流于其中之一組線圈時，于另一組線圈中將應出具有相同頻率之交流電壓，而感應的電壓大小取決于兩線圈耦合及磁交鏈之程度。 一般指連接交流電源的線圈稱之為「一次線圈」 ；而跨于此線圈的電壓稱之為「一次電壓」。在二次線圈的感應電壓可能大于或小于一次電壓，是由一次線圈與二次線圈問的「匝數比」所決定的。因此，變壓器區分為升壓與降壓變壓器兩種。 大部份的變壓器均有固定的鐵心，其上繞有一次與二次的線圈。基于鐵材的高導磁性，大部份磁通量局限在鐵心里，因此，兩組線圈藉此可以獲得相當高程度之磁耦合。在一些變壓器中，線圈與鐵心二者間緊密地結合，其一次與二次電壓的比值幾乎與二者之線圈匝數比相同。因此，變壓器之匝數比，一般可作為變壓器升壓或降壓的參考指標。由于此項升壓與降壓的功能，使得變壓器已 成為現代化電力系統之一重要附屑物，提升輸電電壓使得長途輸送電力更為經濟，至于降壓變壓器，它使得電力運用方面更加多元化，可以如是說，倘無變壓器，則現代工業實無法達到目前發展的現況。 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 15 變壓器的原理 圖 38是電源變壓器的原理圖，當一個交流電壓 U1 加在初級線圈兩端時，導線中就有交變電流 I1 并產生交變磁通 ф1 ，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路，在次級線圈中感應出互感電勢 U2，同時 ф1 也會在初級線圈上感應出一個自感電勢E1， E1 的方向與所加電壓 U1 方向相反而幅度相近，從而限制了 I1 的 大小。為了保持磁通 ф1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且電源變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為 “ 空載電流 ” 。如果次級接上負載，次級線圈就產生電流 I2，并因此而產生磁通 ф2 ， ф2 的方向與 ф1相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從而使初級自感電壓 E1 減少，其結果使 I1增大，可見初級電流與次級負載有密切關系。當次級負載電流加大時 I1增加， ф1 也增加，并且 ф1 增加部分正好補充了被 ф2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。 圖 38 變壓 器原理圖 變壓器的設計 根據“電力電子設備設計和應用手冊”，王兆安、張明勛主編，進行高頻升壓變壓器的設計。 1. 變壓器設計的前提 根據圖 可得以下公式： 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 16 ?0U000001111jwcRLjwcRLjwLjwcRLjwcRL????? VU 1800 ? VUi 150? 2. 變壓器的設計 1）、輸入給定 VUi 180? AIi 7? kHzf 100 ? kVU 100 ? AI 70? ?? 2）、計算變壓器總功率 其中：變壓器效率η = 輸出功率 KWP 10 ? WPt 2250? 3）、確定工作磁感應強度 )(TBm? 選擇 E、 E 型磁 芯材料（ R2KB）；選雙極性變壓器 Bm? = 4）、確定電流密度系數 Kj 查表 1818，得允許溫升 25℃， Kj=366 5）、確定窗口填充系數α T 一般在 ～ 之間，選α = 6）、計算乘積 PA 按式 18128 計算 ??? ?????????? ???? ?? 1 1104BKjTf PA tp 011 PPt ???????? ?? ?湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 17 χ：由磁芯決定的常數，見表 1818，χ = 444401 6 102 2 cmA p?????????????????? 查表 1815 得到磁芯尺寸，如 圖 227所示 0 ??L ?l 0 ??l 42?H ?h 0 ??B ?el ?zA ?uA ?PA 圖 39 雙 E型磁芯圖 7） .計算原、副線圈的匝數 8）、計算電流有效值 9)、電流密度計算 J 依照 18127 222 2 5563 6 6mmAcmAcmAkjA pJ x?????? 10）、導線面積計算 2111 7 mmJIA ??? AI AI ??湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 18 22212 4 mmmmJIA ???? 11）、取導線直徑 ?? 22 mmA ?? ?? 12）、計算導線根數 根根 45430 7 0 ???? AAn 根根 ???? AAn 13）、平均匝數 mmBLl 2 2 642 28854211 ??????? 14）、導線長度 mmmlNl 76780226301111 ?????? mlNlNl 38422617001122122 ????? 湖南鐵道職業技術學院畢業設計（論文） 19 第 四 章 控制電路的分析與論證 單結晶體管觸發電路 可控整流的電路一般由整流器的整流電路及其觸發控制電路組成。在整流變換過程中，其平均功率（或能量）是從交流側流向直流負載。本論文的設計采用單結晶體管觸發電路。 圖 41 所示為全控整流中的單結 晶體管觸發電路，其方式采用了單結晶體管同步觸發電路，其中單結晶體管的型號為 BT33。 圖 41 全控