75kW电动机功率变换器设计方案

样机为四相（8/6）0.75kW SR电动机，额定转速1500r/min。主电路采用图3-6c所示的新型四相功率变换器线路。由于电动机功率不大，故主开关器件可选用MOSFET或GTR。考虑到图3-6c所示的新型电路峰值kVA容量小，故选GTR，由此确定的功率主电路如图3-13所示。

图3-13 0.75kW SR电动机功率变换器主电路（仅给出一个主开关器件的保护网络）

图3-13中，直流电源由单相全波整流获得，LEM₁、LEM₂为霍尔电流检测器（LEM模块），由于A相和C相、B相和D相导电不重叠，所以它们分别共用一只LEM。C_v为滤波、储能电容，其作用是对整流输出电压平滑滤波，同时用作相绕组能量回馈、电动机制动运行能量回馈的储能元件。R_s、VD_s、C_s构成GTR关断吸收网络（图中只画出一个主开关器件的阻容保护网络），RV为吸收、抑制电压尖峰的压敏电阻。R_p为抑制合闸浪涌电流（C_v充电电流）的限流电阻。

滤波、储能电容C_v的合理选取，对抑制电源电压波动、降低成本意义较大。若将C_v仅作为相绕组回馈能量接收元件考虑，可按能量关系导出电容C_v的最小值估算公式。

设在相绕组放电期间回馈电源的能量为W_r，其造成电容C_v两端电压由U_s上升到U_s+ΔU_r，若不计损耗，则有

由式（3-67）可得满足电压脉动要求的储能电容最小电容量为

式中，W_r由下式决定：

将式（3-69）代入式（3-68），且令ω_r=ω_N，则得额定角速度ω_N时，满足电压脉动要求的最小储能电容的电容量为

若限定ΔU_r=0.1U_s，将U_s=0.9×220V=198V、P_N=750W、ω_N=157rad/s、m=4、N_r=6、ER=0.6、η_N=0.75代入式（3-70），得C_vmin≈270μF。(www.xing528.com)

考虑到电容C_v还有对整流电路输出电压的滤波作用，取C_v=1000μF。

主电路元器件的电压、电流定额可按3.5节有关公式确定，考虑一定的安全裕量，选用表3-6所示型号的元器件。

表3-6 主电路元器件表

类似于3.6.1节的设计，GTR关断吸收网络各元器件选择见表3-7。

仍选用M57215BL模块作为GTR基极驱动电路，其应用电路如图3-12所示，电路参数有所调整。

为将合闸浪涌电流i_p限制在5A内，限流电阻R_p的取值为

取R_p=68Ω，但仅在合闸瞬间才需要接入R_p，当合闸后，经历3R_pC_v≈0.2s时间，电容C_v充电过程基本结束，这时应将R_p短接，以免其产生不必要的功耗。

SR电动机相电流是单向脉动的，峰值和平均值比值高，且GTR作为一种性能优良的快速开关器件，也是一种最易因过电流而损坏的开关器件，因此过电流保护设计的优劣成为SR电动机功率变换器设计是否成功的关键之一。SCR可用快速熔断器进行保护，但快速熔断器对GTR不适用，因为GTR的二次击穿形成极快，往往是GTR已二次击穿而快速熔断器才被熔断，因此必须根据GTR正向偏置安全工作区精心设计过电流保护环节。0.75kW SRD中，采用“磁场平衡式霍尔电流检测器（LEM模块）”检测GTR中的电流，其输出接至硬件比较器电路，一旦发生过电流，比较器即封锁所有GTR的开通信号，实现快速过电流保护。

表3-7 保护网络元器件