大功率谐振过渡软开关技术变频器研究doc.doc

大功率谐振过渡软开关技术变频器研究（3） 明正峰1，倪光正1，周文云2，黄晓东2，钟彦儒2，童建利3 (1浙江大学电气工程学院，浙江??? 杭州??? 310027） (2西安理工大学，陕西??? 西安??? 710048） (3西安春日电气有限公司，陕西??? 西安??? 710075） 　 　 1??? 前言 ??? 与主电路不同，控制电路主要处理控制信号，属于“弱电”电路，但它控制着主电路中的开关功率器件的正常工作，一旦出现失误，将造成严重后果，使整个变频器停止工作或损坏。变频器的所有功能，如输出频率，过压、过流保护，各种输出功能及零电压过渡条件的产生均与控制电路有关。因此，控制电路的设计质量对变频器的性能至关重要，应该作为设计工作的重点。同时控制电路功能众多，相对复杂，设计的内容也比较复杂，周期较长，甚至可能出现反复，有时一些参数的确定还需要通过实验来得到。 ??? 考虑到变频器的通用功能设计已经是非常成熟的东西，在本文的讨论中，主要描述和软开关技术相关的控制电路设计。 2??? 谐振环节辅助开关的控制原理 ??? 为了能够更加清楚地说明谐振环节辅助开关的控制原理，我们对所选择的软开关电路的工作过程做一简单的说明。 ??? 图1，图2分别给出了本文所要讨论的谐振极零电压过渡三相逆变器电路的单相全桥的等效电路和工作原理波形。 图1??? 单相全桥等效逆变电路 图2??? 单相等效电路ZVT工作的原理波形 ??? 极谐振零电压过渡的基本工作原理可以说明如下：假定电路开始工作时，负载电流的方向如图1中所示（为正），并且开关S3，S4处于开通状态，二极管D3，D4正在续流。在关断开关S3，S4之前，先在零电流条件下开通辅助开关Sr3，Sr4，谐振回路中的谐振电感开始储存能量，即电感电流从零上升至予置电流（该予置电流大于负载电流），此时关断开关S3，S4，由于开通死区时间的设置，开关S1，S6还没有开通，谐振电容Cr1，Cr6和谐振电感Lr之间构成了谐振回路，谐振的结果是，电容Cr1，Cr6通过电感Lr释放能量，同时，电容Cr3，Cr4储存能量至母线电压，二极管D1，D6导通，为开关S1，S6创造一个零电压开通条件，辅助开关Sr3，Sr4在零电流条件下关断，从而完成一次主开关的ZVT过程。 ??? 从前面对谐振极零电压过渡过程的分析可以知道，要实现该电路正确的ZVT过程，下面的几点是关键的： ??? 1）谐振电感中能量的予储存，即主功率器件关断之前，辅助电路中开关的提前开通，且提前量（时间）应该和负载电流相关； ??? 2）辅助电路中开关的开通选择（顺序）应该和主功率器件的ZVT顺序相关； ??? 3）主功率器件的的延迟开通（传统逆变器中称之为死区时间）是必不可少的，且该时间的大小与谐振过程中谐振电容的充放电时间有着重要的关系； ??? 4）谐振电感中能量予储存的大小应该满足谐振和电容的充放电要求。 ??? 由此得出辅助电路控制有两种可能的实现方案：一种方案是固定时间控制，其原理是，在每个逆变桥开关状态发生改变之前，用一个固定的时间来为谐振电感储存能量；另外一种方案是变时间控制，其基本原理是，使谐振电感的储存能量时间随负载电流的改变而改变。 ??? 固定时间控制最大的优点是控制过程简单，易于实现，但是，它会由于增加不必要的谐振峰值电流，延长辅助开关的导通时间，从而降低逆变器的效率。而变时间控制虽然克服了上述缺点，但需要检测相电流的值，控制过程较为复杂，且增加了硬件的成本。 ??? 由上面的分析可以看出，辅助开关的提前开通，谐振电感的能量储存是谐振过程正确发生的基本条件。 ??? 在谐振电感的设计中，已经给出了辅助开关的提前开通时间tcm为 ??? tcm= 式中：E为电源电压。 ??? 谐振周期Tr可以表示为 ??? Tr=π 式中：Cr为电路谐振时的等效电容。 ??? 谐振电感中电流的下降时间和上升时间大约相等，即：td=tc=2μs。 ??? 辅助开关的总开通时间tsr可以表示为 ??? tsr=tc＋Tr＋td=＋π5μs ??? 所以，一旦谐振电感和电容确定之后，对应于逆变桥三相桥臂的每组两个辅助开关的开通时间是固定的。 ??? 从前面的分析可以看出，如果预置电流Ix随相电流的变化而变化，则tsr也将成为相电流的函数，而变化的tsr将使得控制的实现变得复杂，所以应该在最大负载电流条件下，选择一个固定的预置电流Ix和tsr。当然在轻负载条件时，谐振电感中所储存的能量将远远大于谐振时需要的能量。 3??? 软开关变频器的控制设计和实现 ??? 从前面的分析中可以比较容易地得出软开关技术变频器控制器的设计原则。 ??? 1）软开关技术变频器