逆变器推挽式变压器的设计

发表于 2019-07-19 10:46:31 已收藏
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逆变器推挽式变压器的设计

发表于 2019-07-19 10:46:31
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  推挽式逆变器

  图1所示为推挽式逆变器的主电路及其工作波形。逆变器是由具有中心抽头变压器,两只开关管V1、V2砀和两只二极管D1、D2构成的,是一种完全对称的结构形式。而且V1,和V2发射极接在电源的负极,驱动十分方便,也不必进行隔离。变压器两个初级绕组的匝数相等,即W11=W12=W1,次级绕组的匝数为w2。

  1.开关管V1和V2180°互补导通工作

AG亚游集团   图1(b)、(c)是开关管V1,和V2工作在180°互补导通时的工作波形。当V1,导通时,电源电压Ui加在变压器初级绕组W11上,在W11中感应出与电压Ui,相等的电动势,其“x”端为正极性。当砀导通时,Ui,加在变压器初级绕组W12上,W12的电动势“x”端为负极性。

  故在变压器次级绕组W2中的电动势是一个宽度为180°的方波交流电动势,其幅值为EW2

  在开关管V1,和V2关断时,它的电压为Uv1=UV2=Ui+e1,e1,W11或W12中的感应电动势,故e1Ui,则UV1=UV2=2Ui。为了减小V1,和V2关断时引起的电 图1推挽式逆变器的主电路及其工作波形压尖峰,W11c或W12绕组应紧密耦合。

  

逆变器推挽式变压器的设计

  如果输出端接的是电阻负载,电阻为RLd(,负载电流IRd和输出电压u。的波形相同。电

  流幅值IRd=如图1(b)所示。如果输出端接的是电感量为L的电感负载,则电感电流iL为三角波,电流变化率:,其最大值为,式中fs为逆变器输出电压的频率如图1(c)所示。在输出电压U。的正半周,iL为正时,电源的电能向负载输送,折算到初级的负载电流通过开关管U1;电流i1-为正而电压锐。变负,即开关管V1关断、V2导通时,原来在绕组W11中的电流因V1,关断而转移到绕组W12中,电流方向不变,故实际上是二极管砀续流。当t=鲁7',时,负载电流iL下降到零,而后通过开关管V2反向增加。由此可知:在纯电阻负载时,只有开关管中有电流;而在感性负载时,开关管和二极管中都有电流流过,但是在任意时刻只有一个器件通过电流。

AG亚游集团   2,开关管V1和V2导通时间小于180°

  如果开关管V1和V2的导通时间减少,则输出电压为宽度小于180°的方波,如果是电阻负载,则负载电流iL;的波形和电压U。的波形相同,如图1(d)所示。在感性负载时,电感电流的波形为一个三角波,如图1(e)所示。开关管V1导通,电流iL在电压仍。的作用下上升;开关管V1关断,电流iL经二极管砀续流,电流下降。D2续流使电流Ui加在绕组W12上,故输出电压为负9如图1(e)中的阴影部分所示,从而造成输出电压U。的畸变。如果开关管V1,和V2的导通时间大于TS,则在感性负载时输出电压U。成180°宽的方波,且不再受开关管V1,和V2导通时间变化的影响。

  逆变器推挽式变压器的设计

  推挽式变压器的设计分为AP法和KG法两种设计方法,这两种设计方法都是以几何参数进行设计,主要区别在于,KG法是AP的基础上考虑了电压调整率,即加入电压调整率参数。下面是两种方法设计流程:

  第一:计算视在功率:

  PT=Po(1+1/G)1。414

  式中的PT 是视在功率,Po是输出功率,G是变压器的能量传递效率,

  第二:计算KE:

  KE=0.145Kf^2Fs^2Bw^2 x 10^-4

  式中Kf是波形因素,方波为4,正弦波为4.44,Fs是开关频率,Bw磁通密度。

  第三:计算KG:

  KG=PT/2aKe

  式中a 是电压调整率

  磁环KG用以下公式进行计算:

  KG=Ae^2AwKo/MLT

  式中的Ae是芯的有限面积,Aw 是芯环的有限面积,MLT是每匝线圈的长度。

  第四:根据KG值选择磁环的大小。

  第五:计算AP:如果是KG法设计变压器,不用这一步。

  AP=(PT x 10^4/KoKfFsBWKj)^1/1+x

  式中Ko是变压器窗口使用系数。Kj是电流密度比例系数,X 是磁芯类型常数

  第六:根据AP值选技磁环的大小,如果是使用KG法,不用这一步。

  第七:计算原边线圈数:

  NP=Vs x 10^4/KfFsBWAe

  式中的NP为原边线圈数,Vs是最小输入电压。

  第八:计算原边峰值电流

  Ip=Po/VsG

  第九:计算电流密度:

  J=PT x 10 ^4/KoKfFsBwAp

  第十:计算原边线圈的线经:

  Axp=Ip/J

  如果是全波整流Ip需要按0。707进行折算。公式如下:

  Axp=0.707Ip/J

  第十一:根据Axp值选择导线规格:

  第十二:计算原边线圈阻值:

AG亚游集团   Rp=NpMLT UR/CM x 10^-6

AG亚游集团   第十三:计算铜损:

  Pcup=IpRp

  第十四:计算副边线圈数:

  Ns=(VoNp/Vs)(1+a/100);

  第十五:计算副边线圈线经:

  Axs=Io/J

  式中的Io的是输出电流:如果是全波整流,需要按0。707折算。

  Axs=Io x 0.707 / J

AG亚游集团   第十六:根据Axs值选择副边线圈的导线规格。

  第十六:计算副边线圈电阻:

  Rs=Ns MLT UR/CM x 10^-6

  第十七:计算副边铜损:

  Pcus=IoRs

  第十八:计算总的铜损:

  Pcu=Pcup+Pcus

  第十九:检验电压调整率:

  a =(Pcu x 100)/Po

  第二十:计算满足效率下的总损耗:

  Pc=Po/G-Po

  第二十一:计算允许的铁损:

  Pfe=Pc-Pcu

AG亚游集团   第二十二:根据线路计算实际发生损耗:

  W/kg=0.165 x 10^-3Fs^1.41Bw^1.77

  第二十三:计算实际铁损:

AG亚游集团   Pfes=W/kg Wtfe

  式中Wtfe是单位内的铁损:

  第二十四:根据实际铁损值和允许铁损值检验铁损是否达标:

  第二十五:计算单位面的损耗:

  Q=(Pcu+Pfes)/As

  式中As是磁环总面积。

  第二十六:根据设计数据检验总体设计是否达标。

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