的10%。所以可以得到：
?imax?10%?35.8?3.58A
又由于载波频率（开关频率）10KHZ。所以综上所述，可根据式（2-26）求出电感的下限值，如下所示： L?(2vdc?3Em)EmTs(2?800?3?220)?220?1/10000 ??3.6mH （3-7）
2vdc?imax2?800?3.58A经过上述计算及从整流电路整体设计考虑，交流侧电感参数选择为4mH/40A。本设计输入端采用的是三相对称电压源，所以交流侧三个电感的参数是一样的。
在电感的设计中，对于磁芯的形状，一般有磁环磁芯、罐型磁芯、E型磁芯、EC磁芯和PQ磁芯。本设计采用的是磁环磁芯，其形状如下图所示。
图3.3 磁环磁芯
3.4 直流侧电容设计
关于直流侧电容的设计，本设计要求同时满足三相VSR直流电压跟随性指标直流电压抗干扰性能指标。
由式（2-35）可以得到：为了满足电压环的跟随性能指标，三相VSR直流侧电容要尽量小，以确保三相VSR直流侧电压的快速跟踪控制；
由式（2-36）可以得到：为了满足电压环控制的抗干扰性能指标，三相VSR侧电容要尽量大，以限制负载扰动时出现的直流电压动态降落。
为了满足设计要求，所以可以得到关于直流侧电容的不等式：
1tr*?C? *2?VmRLe0.74RLe根据任务书要求可以得到： 1）直流侧负载电阻RLe?60?；
2）由于直流侧电压脉动率在?10%以内，所以：
（3-8）
?Vmax?10%?vdc?(?10%)?vdc?800?0.2?160V （3-9） 则直流电压最大动态降落相对值为：
?Vm?*?Vmax160??0.2 （3-10） Vde800** 3）由式（2-37）可以得：tr?1.85。取tr?1.9。
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由上面3个条件可以得到关于直流侧电容的不等式：
0.041F?C?0.042F （3-11）
综上所述，应选择容量为0.042F，额定工作电压为800V的电容。
通过网上查阅，本设计选择2个PG-6螺旋安装铝电解系列电容，其容量都是84000uf，额定电压为400V。采用串联的连接方式。
对于所选择的PG-6螺旋安装铝电解系列电容，其产品资料如表3.2所示。
表3.2 PG-6螺旋安装铝电解系列电容产品资料 封装外形：圆柱形 类别：螺栓安装 标称容量：330 — 250000uF 价格：600元/只 所选电容实物图如图3.4所示。
品牌：ALCON 型号：PG-6 额定电压：40 — 500Vdc 结构：固定
图3.4 PG-6螺旋安装铝电解系列电容
3.5保护电路设计
3.5.1 交流侧过流保护
在三相VSR的交流侧，需采取短路保护电路，从而保证电路安全可靠地运行。在本设计中，用芯片SA8281来设计交流侧的过流保护。
芯片SA8281可以通过SET TRIP引脚快速关断所有SPWM信号输出，高电平有效。设计时将所有故障信号合并后，传送到SA8281的SET TRIP引脚，从而实现有故障时的快速闭锁，并通过引脚SET TRIP产生中断，在中断服务程序中进行故障的处理及恢复等工作。为了避免误闭锁，所以需要给各故障信号均加上滤波延迟电路，合并后的故障信号进一步经由单稳电路构成的窄脉冲消除电路以消除干扰脉冲的影响。
3.5.2 IGBT的保护
1、对于IGBT过电压的保护，本设计采用RC型吸收电路来保护功率开关管IGBT。如图3.5所示。
图3.5 RC型吸收电路
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对RC型吸收电路的具体作用为：
1）当IGBT关断时，原来流过交流电感的电流会通过RC旁路，从而将交流电感的储能转移到吸收电路的电容C上，避免在IGBT突然关断时，由于电流的突变导致在器件两端产生很高的电压尖峰，因而大大降低了开关管截止瞬间在其两端所产生的过电压。
2）当IGBT导通时，电容C上存储的能量通过IGBT、缓冲电路上电阻R释放，为下次的缓冲吸收做好准备。
对RC吸收电路的电阻R与电容C进行估算。由于本设计的开关频率为10KHZ，一般情况下，选择电阻R为100欧。对于电容C，通过公式P?fCU可以得出所选电容大小为：
C?2P15000??2.34uf （3-12） 22fU800?100002、对于IGBT的过电流保护，本设计采用桥式电路驱动集成芯片IR2110的SD端来实现过电流保护控制功能。对于芯片IR2110的详细介绍见第五章，此处只是关于IR2110的SD端。
IGBT过电流保护的原理图如3.6所示。
图3.6 IGBT过电流保护原理图
工作原理：实时的将流过IGBT的电流与给定电流值进行比较，当流过IGBT的电流过大时，通过SD端口切断IGBT。
具体流程：由于本设计选择的IGBT能够承受的最大电流为70A，取电阻R2为0.1欧，则基准电压为7V，即VDD?7V。电阻R2的作用是对流过IGBT的电流进行采集，并将其转换成电压信号V1。转换后的电压信号与基准电压VDD进行比较。如果V1＞VDD，则比较器输出高电平给IR2110的SD端口，然后IR2110迅速切断IGBT，从而防止过电流的产生。
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第4章 控制电路的设计
4.1 本设计采用的控制方式
本设计的控制电路如图4.1所示。控制电路包括主控芯片、外围接口电路和检测电路。该控制电路采用电压、电流双闭环控制。整个控制电器由89C52单片机和专用集成芯片SA8281组成。基于SA8281和89C52的PWM整流器具有电路简单、功能齐全、性能价格比高、可靠性好，而且硬件电路也大大简化，灵活性强、智能性强，同时生成的SPWM波形精度高，速度快，整流装置的可靠性大幅提高。
图4.1 控制电路的主框图
4.2 检测电路的设计
4.2.1 直流侧电压的检测
本设计采用电压传感器来检测直流侧电压。由于霍尔电压传感器具有精度高、过载能力强、动态性能好等特点，所以选择北京森社电子有限公司生产的CHV-50P/800霍尔电压传感器。直流侧电压经过霍尔传感器输入单片机89C52。由于89C52的输入电压最高为5V，所以可以求得采样电阻
R?5V?100? （4-1） 50mA本设计的直流电压采样电路如图4.2所示。
图4.2 直流电压采样电路
4.2.2 交流侧过电流的检测
本设计主要通过电压型电流互感器来完成过电流的检测。先将三相输出交流电流转换为三相交流电压，然后与基准值进行比较。
检测原理图如图4.3所示。以a相为例，具体过程为：电压型电流互感器将a相的交流
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电流以交流电压的形式输入检测电路。通过芯片AD637可以将交流电压转化为有效值进行输出。输出有效值电压经过A/D转换器后，送入单片机89C52，与设定的基准值进行比较。当输出电流超过一定值时，单片机89C52控制SA8281终止SPWM波的输出。
图4.3 过电流检测电路
4.3 调制比m的确定
三相VSR交流侧的最大电流Imax的值为：
I02max?2I2P3dmax?3U?3?15?103800?15.3A (4-2) 0min 式中：Idmax为直流侧电流最大值；
P0为输出功率，在本设计中P0?15kw；
U0min为输出电压的最小值，在本设计中U0min?800V。 三相VSR交流侧感抗XL的值为
XL??L?100??2?10?3?0.63? (4-3)
考虑到三相交流侧线电压最小时的情况，此时电感与电流的相位相差180?。则： UA0?220?XLImax?220?0.63?15.3?210.4V (4-4) 则调制比m为
m?2UA02?210.4U/2?d800/2?0.7 (4-5)
式中：Ud为直流侧的电压值。 所以本设计中取调制比m为0.7。
4.4 电流PI调节器的设计
为了满足获得较快的电流跟随性能，所以本设计按典型I系统来设计电流内环。三相VSR电流内环经前馈控制算法后实现解耦控制，如图4.4所示。
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