1主回路方案

　　1.1電源電路

　　此電源是為30 kW開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器設(shè)計(jì)的，此電機(jī)功率變換器的主電路為不對(duì)稱(chēng)半橋電路［1］。采用反激變換器結(jié)構(gòu)［2］,，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小的優(yōu)點(diǎn),，但輸出電壓紋波" title="波">波較大,，通常用在150 W以下的電源中。具體電路如圖1所示,。

　　此電源為單芯片集成穩(wěn)壓電源,，PWM芯片采用UC3842" title="UC3842">UC3842。UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器,，是專(zhuān)為脫線式直流變換電路設(shè)計(jì)的,，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

　　他集成了振蕩器、有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器,、電流檢測(cè)比較器,、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路及PWM鎖存器電路,?？梢詫?shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖的電流限制，輸出電流可達(dá)1 A,，可直接驅(qū)動(dòng)MOSFET,。

　　1.2工作原理

　　此電源電路工作原理為：220 V三相的交流輸入電壓先經(jīng)三相不控整流，再經(jīng)支撐電容平滑,，為電源電路提供550 V直流工作電壓,。當(dāng)三相逆變器" title="三相逆變器">三相逆變器接通電源時(shí)，R5和C2吸收電路啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流,。從逆變器主電路來(lái)的直流母線電壓經(jīng)電阻R6降壓后,，給ＵＣ3842提供約16V的起動(dòng)電壓。進(jìn)入正常工作后,，二次繞組W3經(jīng)D3,，C16提供ＵＣ3842的工作電壓。另一繞組W2的高頻電壓經(jīng)D2,，C13整流濾波,，再經(jīng)7.5kΩ電阻R12，R13和2kΩ電位器RP1分壓,，獲得輸出電壓信號(hào),。此信號(hào)經(jīng)可調(diào)穩(wěn)壓管ＴＬ431產(chǎn)生偏差信號(hào),，再經(jīng)光電隔離加到ＵＣ3842的誤差放大器放大,，控制ＶＭＯＳ管的開(kāi)通與截止，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的,。電源的過(guò)流保護(hù)由1.8Ω電阻R19檢測(cè)到ＶＭＯＳ管的過(guò)流信號(hào),，電流超過(guò)域值時(shí)封鎖ＵＣ3842輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單周期過(guò)流保護(hù),。

　　UC3842驅(qū)動(dòng)VMOS管VT1以控制高頻變壓器一次繞組通斷,，進(jìn)而獲得多組副邊電壓輸出。此輸出經(jīng)二極管整流,、電容濾波后得到多路直流電壓,。供給三相逆變器各功率開(kāi)關(guān)元件驅(qū)動(dòng)(W6，W7,，W8,，W9)與ＰＷＭ控制電路(W2，W4，W5),。電路穩(wěn)定工作時(shí)UC 3842的電源由W3,，D3，C16組成的電源電路提供,。

　?。郑停希庸苓x用耐壓1000Ｖ，電流8Ａ的場(chǎng)效應(yīng)管8N100,。為了保證開(kāi)關(guān)元件在快速開(kāi)關(guān)過(guò)程中不產(chǎn)生過(guò)大的尖峰電壓,，需用C8，R15,，D1組成的ＲＣＤ緩沖電路來(lái)抑制,。緩沖電路二極管V3選用快速恢復(fù)二極管FR107。

　　R8,，R9和穩(wěn)壓管D11用來(lái)限制柵極電壓和電流,，進(jìn)而限制ＶＭＯＳ管開(kāi)關(guān)速度，有利于改善電磁兼容性,。

　　+15V電源和-15V電源對(duì)控制電路電源精度要求較高,，但因?yàn)楣灿猛粋€(gè)變壓器很難通過(guò)PWM實(shí)現(xiàn)反饋控制來(lái)穩(wěn)壓。為獲得高品質(zhì)的控制電源,，應(yīng)用線性穩(wěn)壓芯片7815和7915(如圖1所示)構(gòu)成了復(fù)合式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,。為防止輸出在輕載或空載時(shí)的電壓升高，在5 V整流輸出端并聯(lián)一個(gè)100Ω的負(fù)載電阻,。

　　2變壓器設(shè)計(jì)

　　電機(jī)控制逆變器開(kāi)關(guān)電源" title="開(kāi)關(guān)電源">開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)具有多路輸出的直流電源,。由高頻變壓器8個(gè)副邊繞組經(jīng)整流濾波后獲得。開(kāi)關(guān)電源的性能在很大程度上決定于變壓器的設(shè)計(jì),。

　　2.1功率計(jì)算

　　高頻變壓器的副邊繞組Ｗ6,，Ｗ7，Ｗ8提供了三相逆變器3個(gè)上橋臂元件的驅(qū)動(dòng)電源,，Ｗ9提供了下橋臂3個(gè)元件的驅(qū)動(dòng)電源(亦可用3個(gè)繞組分別提供,，以避免交叉干擾，此處只用一組是為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)),。按逆變器開(kāi)關(guān)元件對(duì)驅(qū)動(dòng)電路電壓,、電流的要求確定功率。本電機(jī)控制功率變換器功率模塊為IGBT,，驅(qū)動(dòng)模塊為EXB841,。選定Ｗ2，Ｗ3,，Ｗ4電壓20Ｖ,，電流100mA,；Ｗ5電壓20Ｖ，電流200mA,。Ｗ6,，Ｗ7繞組提供其他模擬電路±15Ｖ，300mA電源,。Ｗ8繞組提供5Ｖ給微處理器,，輸出電流為2Ａ。Ｗ2為開(kāi)關(guān)電源自身的反饋繞組,，其功率很小,，可忽略。

　　由以上設(shè)定條件可知高頻變壓器的輸出功率為：

　　設(shè)計(jì)效率為85%并留有一定裕量,，設(shè)計(jì)目標(biāo)為額定功率為40 Ｗ的高頻變壓器,。

　　2.2磁心的選用

　　給出的高頻變壓器最大承受功率與磁心截面積的關(guān)系并考慮窗口面積，本開(kāi)關(guān)電源選用EI-35磁心,，其有效截面積為100 mm2,。

　　2.3繞組匝數(shù)的確定

　　首先確定開(kāi)關(guān)電源功率和開(kāi)關(guān)元件的工作頻率。若工作頻率小于20 kHz,，則進(jìn)入音頻范圍的噪聲較大,，紋波增大。若開(kāi)關(guān)頻率較高,，則開(kāi)關(guān)損耗增大,，系統(tǒng)效率降低。因此確定工作頻率時(shí)要折衷考慮,，實(shí)際選擇工作頻率為30 kＨz,。

　　2.4氣隙

　　與正激開(kāi)關(guān)電源變壓器不同，此反擊電源變壓器兼有儲(chǔ)能的作用,，流過(guò)直流電流成分時(shí)容易飽和,。所以要使用帶有氣隙的磁芯。原理如圖3所示,。

　　有氣隙時(shí),，由于B-H特性曲線斜率減小。在Hdc不變的情況下Bdc減小,，磁滯回環(huán)遠(yuǎn)離飽和區(qū)。另外,，有氣隙時(shí)剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br減小,，ΔBac變化范圍增大。另外又由于有氣隙時(shí)B-H特性曲線向H軸靠攏,，在ΔBac,，Bdc不變的情況下ΔHac,，Hdc增大。由上可知,，適當(dāng)增加氣隙可以增強(qiáng)電路的電流輸出能力和抗干擾能力,。

　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)氣隙大小為0.3 mm時(shí)較為合適。

　　3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

　　此開(kāi)關(guān)電源5 V時(shí)輸出的紋波如圖4所示,，峰值為15 mV,，紋波不大于0.3％。該電源作為30 kW開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器電源,，在勝利油田已得到實(shí)際應(yīng)用,，工作可靠。