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逆变器设计的转换频率设计
2013-09-05 01:34:49 来源: 环球破碎机网
为增加逆变器的转换效率,提高开关频率成为逆变器设计的重要技术手段。但是功率电子器件的硬开关效应制约着逆变器的高频化。硬开关效应使功率电子器件在开关瞬间的电压或电流会出现高变化率的脉冲尖峰,同时二者还存在很大的波形重叠区,这将使逆变器开关损耗增大、产生严重的电磁干扰,而且随着开关频率的提高,以上缺陷会更严重。引入软开关技术可以有效解决硬开关逆变器的缺陷。为了得到性能优异的逆变器,并联谐振直流环节软开关逆变器以其控制方便、结构简单而受到关注,是目前软开关逆变器拓扑结构研究发展的主要方向。相关文献提出了多种并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构,但是仍然需要进一步完善。   提出了一种软开关三电平逆变器,只有2个辅助开关器件,但是其辅助谐振电路的无源器件除有2个耦合谐振电感外,还包含1个谐振电感,1个谐振电容和3个辅助二极管,辅助电路结构相对复杂;提出的拓扑结构中,为形成电源中点,在直流母线之间串联了2个大电容,不仅使逆变器体积和重量增大,还使工作在高开关频率的逆变器出现中性点电位的变化,不利于实现软开关;提出的拓扑结构无中性点电位的平衡问题,但其辅助开关无法实现软关断;提出的拓扑结构中,3个辅助开关器件被设置在辅助谐振电路里,控制相对繁琐,而且硬件成本高。本文提出了一种高频并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构,弥补了上述提及的不足,且具有以下特点:   1)分压电容没串联在直流母线之间,中性点电位无变化,有利于实现软开关;   2)辅助谐振电路相对简单,只有2个辅助开关、1个谐振电感、1个谐振电容和2个辅助二极管,硬件成本低;   3)直流母线零电压的持续时间与谐振电感的电流设定值无关,只取决于谐振元件参数值;   4)逆变器的所有开关器件都实现了软开关,而且承受的电压没有超过输入的直流电源电压。本文依据不同工作模式下的等效电路,对其工作原理进行了分析,给出了参数设计方法和逆变器控制策略。通过在5kW实验样机上的实验来验证本文提出的高频谐振直流环节逆变器的有效性。   本文提出了一种适用于高开关频率的并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构,与相关文献提出的拓扑结构相比,大电容没串联在直流母线之间,不存在中性点电位的变化问题,有利于实现软开关;直流母线零电压持续时间只与谐振元件参数有关,不受谐振电流设定值的影响。通过在5kW样机上的实验得出以下结论:   1)直流母线电压可以周期性地下降到零,使逆变器的开关器件实现零电压开关,而且辅助开关也可以实现软开关动作,有利于降低开关损耗和提高开关频率;   2)逆变器输出的相电流的波形为光滑的正弦波,无畸变;   3)在额定功率5kW的实验样机上得到了96.1%的实测效率,与硬开关逆变器相比,效率有显著提高。   但是因为本文提出的拓扑结构中有一个辅助开关被设置在了直流母线上,随着输出功率的增加,其通态损耗会显著增加,制约了逆变器的效率提高,甚至会导致软开关逆变器的效率低于硬开关逆变器,所以该软开关逆变器适合于中小功率领域,在高功率领域无法保证其软开关的可靠性
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