igbt开关式自并激微机励磁系统的原理及应用

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1、IGBT开关式自并激微机励磁系统的原理及应用[摘要]本文以HC－02灭磁柜及其它单元组成。开关式自并激励磁系统接线方式如图一所示。　2.2功率单元的组成和原理　　IGBT器件结合了双极型晶体管的功率特性和场效应管控制简单的优点，将其应用于励磁领域可使功率部分简化，也消除了SCR晶闸管可控整流方式的一些弊病。使系统的经济性和可靠性得到了提高。　　功率单元主要由两部分组成:整流、滤波装置和功率开关。前者将交流励磁电源变换为直流电源后供功率开关使用，并滤除大的纹波、毛刺和均衡三相电源的负载。后者受控于调节器，调节功率开关的闭合时间即可控制励磁电流的大小。也就是说

2、，调整功率管的导通时间即可对发电机的励磁输入功率进行控制。　2.3励磁调节器主回路　　IGBT励磁系统主回路原理图如图二所示。　　把IGBT作为一只电子开关，跨接在发电机励磁绕组两端。VIN为来自励磁变压器的三相交流电压，L1为转子绕组，当1K闭合后，三相交流励磁电源通过D1～D6三相整流及电容C1滤波，得到直流电压UE，当1K闭合IGBT导通时，二极管D7截止，UE通过绕组L1、IGBT使L1中电流增加;当IGBT截止时，L1中电流减小，产生的感应电压使D7导通，给L1续流。当IGBT导通期间，L1中的电流增加量大于在截止期间电流的减小量时，L1中的平均

3、电流增加，反之L1中的平均电流减小。当增加量等于减小量时，L1中的平均电流不变，达到稳定运行工作状态。　2.4励磁电压、励磁电流的计算　　设三相整流滤波后的直流电压为UE，IGBT导通时间为TON，截止时间为TOFF。导通时，转子两端压降为UE;截止时，转子电压等于续流二极管D7管压降，忽略为零。如图三所示。由此可见，我们根据发电机机端电压、转子电流或无功负荷等因素的变化改变KC，亦即改变IGBT驱动方波的占空比，即可改变励磁绕两端的电压，从而达到调节发电机输出电压、无功的目的。　2.5IGBT的驱动条件及方法　　2.5.1IGBT的输入特性要求其驱动电路

4、满足以下条件:（1）IGBT导通时提供12V——18V栅极电压;（2）IGBT截止时提供0V——（-18V）栅极电压（为保证可靠截止，一般为-5V）;（3）IGBT开关瞬间提供足够大的电容充放电电流;（4）和控制电路隔离;（5）完成IGBT过流保护。　　2.5.2驱动方法　　到目前为止，IGBT有多种驱动方法，基本上是由混合集成电路组成。日本富士电机公司生产的厚膜集成电路如EXB840/841、EXB850/851是专为IGBT设计的驱动模块，符合上述所有驱动条件，是理想的驱动电路模块。HR表示氧化锌压敏电阻，它是一种非常优良的非线性元件，其电压与电流关系

5、可用下式描述:与此相对应的伏安特性如图六所示。可以将伏安特性划分为两个工作区域:I是小电流区，II是大电流区，A称为转折点。

6、　　由于YMR与FLQ是并联连接，当正常工作时，FLQ两端电压较低，YMR工作在小电流I区，流过它的电流较小，仅为数百微安，称为泄露电流。它既不能消耗能量，也不影响被保护对象的工作状况。一旦有过电压发生，氧化锌压敏电阻本身无任何延时，其响应时间大约为100毫秒，因此，它立即过渡到大电流II区工作,使得过电压得到限制并被吸收，保护了发电机转子免受过电压侵袭。　　当需要灭磁时，指令快速直流开关FMK分断，它很快切断转子绕组与励磁电源的联

7、系。转子作为一个大电感，使di/dt上升，即励磁绕组两端电压急剧增加，当超过氧化锌压敏电阻件的转折电压时，YMR立即工作在II区而呈现低阻状态，转子电流从FMK转移到压敏电阻上，迅速完成换流过程。转子能量得以通过压敏电阻释放，实现灭磁。在灭磁过程中，YMR两端亦即转子电压几乎为一恒定值。因此，这种灭磁方式接近于理想灭磁状态。从FMK开断到安全建压仅需要数毫秒，而整个灭磁过程经历的时间大约为400毫秒。可见，这种新型的灭磁方式确实具有操作简单，灭磁速度快，开关容量大，过电压保护水平可控等独特优点。3.IGBT励磁系统控制单元　3.1硬件控制电路　　H）、工作

8、参数存储器（E2PROM）、石英晶体等组成。　　3.1.2键盘显示电路　　该电路由键盘显示控制芯片、8位数码管、数码管译码驱动芯片、16位键盘、键盘译码芯片等组成。通过特殊按钮的开关信息和键盘中断来实现调节器参数设置、显示切换、(10%阶跃试验等功能。　　3.1.3测量电路　　发电机电压UFY、系统电压UFL、发电机电流IF、励磁电流IL四路模拟量经降压(或变流)整流，再经运放缓冲放大、送入单片机的A/D转换器。通过对电压、电流相位的检测来计算功率因数角及有功、无功。　　3.1.4同步电路　　直流励磁系统中，通过单片机内部电路产生一组同步信号，分别发送到另

9、一套调节器，经过逻辑判断，形成脉宽调制脉冲的同步信号。　　3.1.