具有軟開關(guān)功能的新型三相諧振極逆變器

王 強(qiáng)，曹 睿，王天施，劉曉琴

（1.遼寧石油化工大學(xué)信息與控制工程學(xué)院,遼寧撫順 113001；2.遼寧石油化工大學(xué)石油化工過程控制國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心,遼寧撫順 113001）

1 引言

橋臂上的輔助電路參與諧振極逆變器的換流過程時(shí)，逆變器的直流母線電壓仍然保持穩(wěn)態(tài)，直流電壓利用率不會(huì)受到影響.因此，諧振極逆變器的實(shí)用價(jià)值較高.但是已設(shè)計(jì)出的各種相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依然需要優(yōu)化.文獻(xiàn)［1～4］設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)中，輔助開關(guān)承受的穩(wěn)態(tài)電壓都不低于直流電源電壓，同時(shí)還缺少對輔助開關(guān)的保護(hù)，都沒有在輔助電路中設(shè)置瞬態(tài)電壓抑制二極管來避免諧振過程中出現(xiàn)的電壓尖峰破壞輔助開關(guān).

為優(yōu)化諧振極逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高其實(shí)用性，本文設(shè)計(jì)出了具有軟開關(guān)功能的新型逆變器，其優(yōu)勢是輔助開關(guān)器件承受的穩(wěn)態(tài)電壓約為直流電源電壓的一半，而且輔助電路里包含瞬態(tài)電壓抑制二極管，使輔助開關(guān)避免在諧振過程承受過高的電壓尖峰，能有效保護(hù)輔助開關(guān)不被損壞.本文將給出電路的工作流程說明，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證該逆變器的工作性能.

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和工作流程

2.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和軟切換類型

以圖1 所示的a相橋臂為例，其包括諧振電容Cra，諧振電感Lra，兩個(gè)輔助二極管D7、D8和輔助開關(guān)S1a、S2a與反并聯(lián)二極管D1a、D2a，其中D7和D8是瞬態(tài)電壓抑制二極管，用來避免諧振過程中出現(xiàn)的電壓尖峰破壞輔助開關(guān)器件.另外，C1和C2為分壓電容，用來均分直流電源電壓.主開關(guān)S1～S6在開通時(shí)處于零電壓軟開通狀態(tài)，在關(guān)斷時(shí)處于零電壓軟開斷狀態(tài)；輔助開關(guān)S1a～S6a在開通時(shí)處于零電流軟開通狀態(tài)，在關(guān)斷時(shí)取得了零電流軟關(guān)斷.

圖1 三相諧振極逆變器主電路

2.2 電路工作過程

在工作過程闡述中認(rèn)為電路所含器件都處在理想狀態(tài)，負(fù)載可用恒流源代替，C1與C2可用恒壓源代替.本文將主要闡述a相橋臂的電路工作過程，圖2 為其等效電路，參考正方向如箭頭所示.圖3 為相關(guān)的理論工作波形.圖4為各流程電流路徑.

圖2 三相諧振極逆變器的單相等效電路

圖3 諧振換流期間的理論工作波形

圖4 各工作流程的等效電路圖

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖5 實(shí)驗(yàn)波形

4 結(jié)論

提出了具有軟開關(guān)功能的新型三相諧振極逆變器，其突出優(yōu)勢是輔助開關(guān)承受穩(wěn)態(tài)電壓較低，電路設(shè)置了能保護(hù)輔助開關(guān)在諧振過程不被尖峰電壓擊穿的瞬態(tài)電壓抑制二極管.通過對實(shí)驗(yàn)波形的分析，證明了主開關(guān)動(dòng)作時(shí)處在零電壓軟切換，輔助開關(guān)動(dòng)作時(shí)處在零電流軟切換.