大功率变流技术与应用(二)——软开关变流器

传统的硬开关逆变器在转换状态期间存在一些严重问题.高开关频率使电力电子器件遭受高的开关应力和高的开关损耗.此外,很大的du/dt和di/dt引起严重的电磁干扰(EMI),而寄生电容和杂散电感可能在开关过程中产生高的电压和电流尖峰及振荡.采用软开关技术,可以克服这些缺点,消除开关损耗,提高效率;减少开关du/dt,消除相关的EMI和轴承电流.文章着重介绍用于PWM电压源逆变器的两类软开关技术,即谐振中间环节和谐振吸收回路.     

一种基于ZCT软开关的三相PWM逆变器技术

采用软开关技术可以有效地减小开关动作带来的损耗,但由于增加了辅助回路,又会造成额外的损耗。文章介绍了一种基于零电流转移（ZCT）软开关的三相光伏并网逆变器,分析了这种软开关技术的工作原理,并提出了一种软开关谐振参数的设计方法,从而使软开关的总损耗最小。同时对研制的100kVA软开关光伏并网逆变器样机进行了实验,并对软、硬开关的开关损耗进行了对比研究。     

零电流软开关DC/DC电压变换输入型辅助逆变器

提出了一种零电流软开关DC/DC电压变换输入型辅助逆变器方案,该辅助逆变器采用双段式变压器电路结构,前段为DC/DC开关电源电路,后段为三相逆变电路,系统采用零电流开关(ZCS)技术进行控制,实现了IGBT上电压和电流开关损耗最小化。试验结果验证了所提出的方案是可行的。     

一种谐振软切换方案的能量分析研究

设计一种新型的并联谐振软开关拓扑结构,介绍了谐振软切换的工作原理,建立能量补充模型。得出开关管要想周期性地过零,实现软开关,必须补充回路中的损失以维持振荡的结论。合理设计导通开关管,为储能元件补充能量,使振荡得以维持,可为逆变桥创造出零电压间隔,从而实现软开关切换。     

半桥串联谐振逆变器的非线性控制方案

本文介绍了半桥串联谐振逆变器的非线性控制方案的分析与设计,并提出了一个零电流转换非线性控制逆变器的设计.其电路拓扑包括两个功率开关、一个输出滤波器.逆变时,在功率通量回路中只有一个功率开关上有传导损耗.开关的零电流开通是通过扼流圈前级的辅助谐振回路实现的.非线性控制方案可以抑制直流输入扰动,并能对正弦脉宽调制控制进行有效的动态调节.我们使用了空间状态平均值的方法来对系统进行分析.文中以一个功率为500 W的逆变器作为设计示例,并对其性能进行评估,该逆变器在额定功率下,可以获得91%以上的效率.     

使用单开关元件实现软开关的新型准谐振直流环节PWM逆变器

介绍一种新型准谐振直流环节(QRDCL)逆变器.该逆变器只需使用一个开关元件即可在各种负载条件下建立零电压瞬间.逆变器开关元件所承受的最高电压维持在输入电压的1.01～1.1倍,其电路能够灵活地选择谐振环节的开关时间,使之与所采用的任何PWM技术同步,控制技术不需要逆变器开关来帮助在直流环节建立零电压瞬间,控制电路中不需要电压和电流传感器.文中阐述所提出QRDCL逆变器的工作原理,对其进行了详细分析,获得了实现软开关设计的理念.利用PSPICE软件对系统进行详细的仿真,以研究电路模型在各种负载条件下的可行性.最后给出了用该QRDCL PWM逆变器驱动三相异步电机的实验结果.     

地铁车辆辅助逆变器DC/DC 高频隔离电路的设计与分析简

介绍了一种地铁车辆辅助逆变器使用的DC/DC高频隔离电路,其在超前臂上并联谐振电容器以实现零电压开关,在变压器二次侧采用辅助回路以实现滞后臂的零电流开关,从而实现DC/DC全桥电路的零电压零电流软开关。仿真和样机实验结果验证了该电路的有效性和实用性。     

单相高频链逆变器的一种控制方法

针对高频链逆变器正弦脉宽脉位调制(SPWPM)中周波变换器开关工作在高频时开关损耗较大的缺点,研究了一种新的周波变换器的控制方法。在功率因数接近1的应用场合,周波变换器开关只需要工作在输出电压频率,可有效减小变换器的开关损耗。基于单相推挽型高频链逆变器拓扑详细分析了相应的控制及其调制方法。结合这种周波变换器控制,研究了电压外环准比例谐振(PR)控制电感电流内环比例控制的双闭环控制策略。通过仿真和试验,证明了控制方案的可行性和有效性。     

一种宽输入电压交错并联Boost软开关电路

提出一种基于交错并联Boost拓扑的宽输入交错并联Boost软开关电路.在并联Boost电路中加入辅助电感、辅助电容与辅助MOSFET,合理地控制辅助MOSFET的通断,实现2个Boost电路间电流的转换.达到Boost电路主开关的零电压开通,近似零电压关断;同时辅助MOSFET实现零电流开关,不引入额外的开关损耗.消除了二极管的反向恢复电流问题,也降低了由此带来的EMI和能量损耗问题.详细分析拓扑的工作原理和控制方法,通过仿真与实验验证了其有效性.     

采用全碳化硅元件的铁道车辆用高效辅助电路系统

近年,随着铁道车辆性能和功能的不断提高,对大容量、高效率和小型化的辅助电源装置的需求不断增加。东芝公司开发了新型的电源辅助装置,在其逆变回路中采用高耐压、大电流和低损耗的全碳化硅(All-Si C)高频开关元件——半导体开关及反向并联二极管均由碳化硅(Si C)元件构成,在确保装置额定输出容量不变的同时缩小了绝缘型变压器的外形尺寸,从而实现了辅助电源装置的高效化和小型化。另外,为了提高铁道车辆辅助电路的整体效率以实现节能目标,必须提高空调负载的效率,为此,将空调压缩机驱动方式由目前主流的开/关控制转换为逆变器控制电机转速的方式,在空调装置中也采用了与辅助电源装置同样的All-Si C元件,经试验验证,可降低空调装置的能耗。     

可控硅逆变器之类强迫换向电路的分析

本文涉及种种具有强迫换向的逆变器电路。通常,用来关断承载负载电流可控硅的辅助电路由若干储能部件和半导体开关组成,它们直接同损耗有关。在一定条件下,这种辅助电路具有特球的优点。文章叙述了带有LC串联谐振电路的强迫换向逆变器的分析。电容器峰值电压取决于谐振电路的品质因数和电容峰值电流对最大负载电流的比值。这将在逆变器电路的所有部件土产生较高的胁强(指电压、电流等,下同。——译者)。对这种电路,能用一组方程计算换向电路中储能和损耗的峰值,并按归一化形式给出。由此导出归一化形式的设计参数。     

一种基于谐振缓冲器原理的三相逆变器的研究

在分析目前软开关电路以及谐振缓冲器的发展现状基础上，给出了一种带有谐振缓冲器的逆变器实现方案。该逆变器具有单相换相、逆变器主开关管工作在ＺＶＳ零电压开关以及辅开关管工作在ＺＣＳ零电流开关环境下的特点。定量分析了该谐振缓冲器的工作原理以及控制策略。仿真及实验结果证明了该电路拓扑及控制方案的可行性。文章还给出了主开关管工作在开关频率为５０ ｋＨｚ时的各种波形及实验数据     

单周控制的三相PWM逆变器仿真研究

探讨了用单周控制并网的三相PWM逆变器,提出了控制的新方法,每一瞬间只需对两只全控型电力电子开关元件作PWM控制,减少了元件的开关损耗;此外,用单周控制来实现正弦脉宽调制SPWM,电路简单,动态性能好。利用这种方法对三相PWM逆变器电路进行了Matlab/Simulink建模和仿真,得出了输出正弦电流和功率因数接近1的预期结果,并证明其原理上是可行的,宜进一步实验验证。     

串联负载谐振变换器的参数设计

串联负载谐振变换器（Series load resonant converter,SLRC）是利用电感与龟容产生谐振为开关器件提供零状态切换,它可以降低开关损耗、电磁干扰等,解决困扰开关变换器向高频化发展的问题。在其电路中,谐振电感和电容的参数对于变换器能否实现软开关起到了关键的作用。针对此关键参数设计问题,提出了对应的设计原则。为了验证所提出的谐振电路参数设计方案的正确性,搭建了仿真模型。仿真结果证明了方案的正确性和可行性,该设计思想对于串联谐振变换器的工程设计具有一定的指导意义。     

LLC谐振全桥软开关DC/DC变换器研究

为适应变流产品高频化、高功率密度化的发展趋势,重点介绍了LLC谐振软开关电路的工作原理,研究了LLC谐振网络主要数学关系,分析了软开关实现的理论条件。提出了LLC谐振软开关电路在工程上实现软开关的3个约束,结电容放电时间约束、一次侧电流过零约束和频率匹配约束。在此基础上搭建了1台60kW基于LLC谐振软开关的DC/DC变换器,并通过试验验证了设计的可行性。     

有源钳位逆变器最小开关损耗调制策略的研究

针对三电平有源钳位逆变器拓扑,介绍了一种减小开关损耗的调制方案。首先分析了各种工作状态下每个功率器件的开关损耗情况;然后基于零序分量注入的载波调制算法,提出了一种动态最小开关损耗载波脉宽调制策略;最后建立仿真模型,逆变器侧分别选取CRH380A型动车组牵引电机以及三相阻感电路作为负载。验证了该拓扑调制方案能有效地降低总开关损耗,均衡损耗在各开关器件上的分布,提高了牵引系统的热稳定性。     

LLC谐振技术在动车组单相逆变器中的应用研究

在传统的电力动车组车载隔离型单相逆变器中,为逆变电路提供直流输入的隔离型升压DC/DC变换器采用的是脉冲宽度调制(P WM)的移相全桥变换器,存在开关损耗大、转换效率低的缺点.针对上述问题,提出了在车载单相逆变器DC/DC升压电源中采用全桥LLC谐振软开关技术的方法.首先,对全桥LLC变换器进行建模,分析其工作原理和参...     

基于脉冲密度调节的谐振逆变器频率跟踪控制策略

针对传统脉冲密度调节感应加热电源在功率输出有级性和从自然衰减振荡状态恢复到输出功率状态时需要重新锁定工作频率的问题,提出了一种改进的频率跟踪控制策略,利用采自输出端的负载电流进行快速频率跟踪,使锁相环有足够的时间进行锁相,而当负载电流降至很小,即进入自然衰减振荡状态时,利用改进锁相环中的采样保持电路保证感应加热电源中的逆变器工作在谐振频率点附近。利用Matlab/Simulink进行了相应的仿真实验,功率调节选用均匀脉冲密度调节方式,进一步降低了输出电流的衰减程度,以保证逆变电路工作在零电流和零电压开关状态。     

城市轨道交通车辆辅助供电系统研究及其发展趋势

城市轨道交通车辆辅助供电系统是保障列车安全稳定运行和乘客出行体验的重要装置。针对传统工频隔离型辅助供电系统装置体积和重量大的缺点,提出了一种前级采用串入并出Boost级联LLC(电感-电感-电容)谐振变换器,以兼顾宽范围电压输入能力和软开关特性,后级采用三相四桥臂逆变器多机下垂并联控制,以实现集中式供电和带不平衡负载能力的系统架构。此举对城市轨道交通车辆的轻量化设计目标有较大意义。此外,还结合电力电子领域的前沿技术,探讨了未来辅助供电系统的发展趋势及相关的技术难题。     

由于开通冲击电流可控硅击穿的现象

阻容吸收环节原本为限制过电压,但其电容的放电电流(冲击电流)往往使可控硅等元件性能恶化乃至击穿,尤在双向导通的元件更甚。虽有许多学者提出“这些击穿是由于元件的开通集中于一点,即产生过热点的结果”,但其原因——导通初期电流集中的过程和有关影响,尚未明白。作者用新研制的0.2微秒快门开放时间的门控红外线图象变换器和多控制极可控硅,进行了一系列试验与分析,搞清了在2000～3000伏级的可控硅,因开通延时场所的分散性一旦在0.5微秒以上,就产生过热点。控制极电流密度和npn晶体管的电流放大系数α_(npn)是影响开通延时分散性的主要矛盾。进而指出:为了减少开通延时的分散性,在制造(元件)方面和用户(电路)方面应努力的方向。同时,作者也研制出不被冲击电流击穿的新元件。