逆變器推挽式變壓器的設(shè)計(jì)

　　推挽式逆變器

　　圖1所示為推挽式逆變器的主電路及其工作波形。逆變器是由具有中心抽頭變壓器，兩只開(kāi)關(guān)管V1、V2碭和兩只二極管D1、D2構(gòu)成的，是一種完全對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式。而且V1，和V2發(fā)射極接在電源的負(fù)極，驅(qū)動(dòng)十分方便，也不必進(jìn)行隔離。變壓器兩個(gè)初級(jí)繞組的匝數(shù)相等，即W11=W12=W1，次級(jí)繞組的匝數(shù)為w2。

　　1．開(kāi)關(guān)管V1和V2180°互補(bǔ)導(dǎo)通工作

　　圖1（b）、（c）是開(kāi)關(guān)管V1，和V2工作在180°互補(bǔ)導(dǎo)通時(shí)的工作波形。當(dāng)V1，導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Ui加在變壓器初級(jí)繞組W11上，在W11中感應(yīng)出與電壓Ui，相等的電動(dòng)勢(shì)，其“x”端為正極性。當(dāng)碭導(dǎo)通時(shí)，Ui，加在變壓器初級(jí)繞組W12上，W12的電動(dòng)勢(shì)“x”端為負(fù)極性。

　　故在變壓器次級(jí)繞組W2中的電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)寬度為180°的方波交流電動(dòng)勢(shì)，其幅值為EW2。

　　在開(kāi)關(guān)管V1，和V2關(guān)斷時(shí)，它的電壓為Uv1＝UV2=Ui+e1，e1，W11或W12中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，故e1Ui，則UV1＝UV2=2Ui。為了減小V1，和V2關(guān)斷時(shí)引起的電 圖1推挽式逆變器的主電路及其工作波形壓尖峰，W11c或W12繞組應(yīng)緊密耦合。

　　如果輸出端接的是電阻負(fù)載，電阻為RLd（，負(fù)載電流IRd和輸出電壓u。的波形相同。電

　　流幅值IRd=如圖1（b）所示。如果輸出端接的是電感量為L(zhǎng)的電感負(fù)載，則電感電流iL為三角波，電流變化率：，其最大值為，式中fs為逆變器輸出電壓的頻率如圖1（c）所示。在輸出電壓U。的正半周，iL為正時(shí)，電源的電能向負(fù)載輸送，折算到初級(jí)的負(fù)載電流通過(guò)開(kāi)關(guān)管U1；電流i1－為正而電壓銳。變負(fù)，即開(kāi)關(guān)管V1關(guān)斷、V2導(dǎo)通時(shí)，原來(lái)在繞組W11中的電流因V1，關(guān)斷而轉(zhuǎn)移到繞組W12中，電流方向不變，故實(shí)際上是二極管碭續(xù)流。當(dāng)t＝魯7＇，時(shí)，負(fù)載電流iL下降到零，而后通過(guò)開(kāi)關(guān)管V2反向增加。由此可知：在純電阻負(fù)載時(shí)，只有開(kāi)關(guān)管中有電流；而在感性負(fù)載時(shí)，開(kāi)關(guān)管和二極管中都有電流流過(guò)，但是在任意時(shí)刻只有一個(gè)器件通過(guò)電流。

　　2，開(kāi)關(guān)管V1和V2導(dǎo)通時(shí)間小于180°

　　如果開(kāi)關(guān)管V1和V2的導(dǎo)通時(shí)間減少，則輸出電壓為寬度小于180°的方波，如果是電阻負(fù)載，則負(fù)載電流iL；的波形和電壓U。的波形相同，如圖1（d）所示。在感性負(fù)載時(shí)，電感電流的波形為一個(gè)三角波，如圖1（e）所示。開(kāi)關(guān)管V1導(dǎo)通，電流iL在電壓仍。的作用下上升；開(kāi)關(guān)管V1關(guān)斷，電流iL經(jīng)二極管碭續(xù)流，電流下降。D2續(xù)流使電流Ui加在繞組W12上，故輸出電壓為負(fù)9如圖1（e）中的陰影部分所示，從而造成輸出電壓U。的畸變。如果開(kāi)關(guān)管V1，和V2的導(dǎo)通時(shí)間大于TS，則在感性負(fù)載時(shí)輸出電壓U。成180°寬的方波，且不再受開(kāi)關(guān)管V1，和V2導(dǎo)通時(shí)間變化的影響。

　　逆變器推挽式變壓器的設(shè)計(jì)

　　推挽式變壓器的設(shè)計(jì)分為AP法和KG法兩種設(shè)計(jì)方法，這兩種設(shè)計(jì)方法都是以幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要區(qū)別在于，KG法是AP的基礎(chǔ)上考慮了電壓調(diào)整率，即加入電壓調(diào)整率參數(shù)。下面是兩種方法設(shè)計(jì)流程：

　　第一：計(jì)算視在功率：

　　PT=Po（1+1/G）1.414

　　式中的PT 是視在功率，Po是輸出功率，G是變壓器的能量傳遞效率，

　　第二：計(jì)算KE：

　　KE=0.145Kf^2Fs^2Bw^2 x 10^-4

　　式中Kf是波形因素，方波為4，正弦波為4.44，F(xiàn)s是開(kāi)關(guān)頻率，Bw磁通密度。

　　第三：計(jì)算KG：

　　KG=PT/2aKe

　　式中a 是電壓調(diào)整率

　　磁環(huán)KG用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

　　KG=Ae^2AwKo/MLT

　　式中的Ae是芯的有限面積，Aw 是芯環(huán)的有限面積，MLT是每匝線圈的長(zhǎng)度。

　　第四：根據(jù)KG值選擇磁環(huán)的大小。

　　第五：計(jì)算AP：如果是KG法設(shè)計(jì)變壓器，不用這一步。

　　AP=（PT x 10^4/KoKfFsBWKj）^1/1+x

　　式中Ko是變壓器窗口使用系數(shù)。Kj是電流密度比例系數(shù)，X 是磁芯類(lèi)型常數(shù)

　　第六：根據(jù)AP值選技磁環(huán)的大小，如果是使用KG法，不用這一步。

　　第七：計(jì)算原邊線圈數(shù)：

　　NP=Vs x 10^4/KfFsBWAe

　　式中的NP為原邊線圈數(shù)，Vs是最小輸入電壓。

　　第八：計(jì)算原邊峰值電流

　　Ip=Po/VsG

　　第九：計(jì)算電流密度：

　　J=PT x 10 ^4/KoKfFsBwAp

　　第十：計(jì)算原邊線圈的線經(jīng)：

　　Axp=Ip/J

　　如果是全波整流Ip需要按0.707進(jìn)行折算。公式如下：

　　Axp=0.707Ip/J

　　第十一：根據(jù)Axp值選擇導(dǎo)線規(guī)格：

　　第十二：計(jì)算原邊線圈阻值：

　　Rp=NpMLT UR/CM x 10^-6

　　第十三：計(jì)算銅損：

　　Pcup=IpRp

　　第十四：計(jì)算副邊線圈數(shù)：

　　Ns=（VoNp/Vs）（1+a/100）;

　　第十五：計(jì)算副邊線圈線經(jīng)：

　　Axs=Io/J

　　式中的Io的是輸出電流：如果是全波整流，需要按0.707折算。

　　Axs=Io x 0.707 / J

　　第十六：根據(jù)Axs值選擇副邊線圈的導(dǎo)線規(guī)格。

　　第十六：計(jì)算副邊線圈電阻：

　　Rs=Ns MLT UR/CM x 10^-6

　　第十七：計(jì)算副邊銅損：

　　Pcus=IoRs

　　第十八：計(jì)算總的銅損：

　　Pcu=Pcup+Pcus

　　第十九：檢驗(yàn)電壓調(diào)整率：

　　a =（Pcu x 100）/Po

　　第二十：計(jì)算滿足效率下的總損耗：

　　Pc=Po/G-Po

　　第二十一：計(jì)算允許的鐵損：

　　Pfe=Pc-Pcu

　　第二十二：根據(jù)線路計(jì)算實(shí)際發(fā)生損耗：

　　W/kg=0.165 x 10^-3Fs^1.41Bw^1.77

　　第二十三：計(jì)算實(shí)際鐵損：

　　Pfes=W/kg Wtfe

　　式中Wtfe是單位內(nèi)的鐵損：

　　第二十四：根據(jù)實(shí)際鐵損值和允許鐵損值檢驗(yàn)鐵損是否達(dá)標(biāo)：

　　第二十五：計(jì)算單位面的損耗：

　　Q=（Pcu+Pfes）/As

　　式中As是磁環(huán)總面積。

　　第二十六：根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)總體設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)。