单相和三相软开关静止变流器第四章.doc

第四章 单相软开关静止变流器原理样机的实现 为验证交叉并联正激直流环节软开关静止变流器的可行性，研制了原理样机。本章分别介绍了静止变流器各部分的电路构成和设计原则，给出了实验结果。 §4－1 样机主要电气技术指标 单相软开关静止变流器的主要电气技术指标要求为： 1、输入电压：额定值27V DC（电压范围：18V～32V） 2、输出电压：单相AC，115V(1(；400Hz(1(；正弦失真度(1(；直流分量(0.2V 3、额定功率：1KVA 4、功率因素：-0.75～1.00 5、开关频率：50KHz 6、整机效率：((80(（输入电压和额定阻性负载） 7、过载能力：能承受150(额定负载2分钟 8、短路能力：输出短路时应具有电流限制能力，故障解除后能自然恢复 9、保护功能：具有输出过压和欠压保护、过流和短路保护、输入反极性保护以及输 入低压保护 10、尺寸要求：220mm×180mm×200mm 11、重量要求：( 7.5 kg 12、工作温度：-55℃～70℃ §4－2 样机的电路概述 单相软开关静止变流器的主电路图及其控制电路框图如图4－1（a）和（b）所示。整个电源由主电路、控制电路及机内电源三大部分构成。主电路由交叉并联正激直流变换器、吸收电路和逆变器三级级联构成。 输入直流电压经输入滤波电路，在滤波电容两端得到直流电压。直流变换器采用改进的两路单端正激电路交叉并联工作，将变换成高频直流脉冲列。逆变器功率管控制在的过零处进行状态切换，从而实现零电压开关。逆变桥输出电压经输出滤波电感和滤波电容滤波后，得到115V/400Hz的单相交流电压。吸收电路用来吸收直流变换器输出电压尖峰，并接受逆变器的回馈能量。 直流变换器采用输出电压闭环反馈控制。脉宽调制电路主要提供脉宽调制和软起动功能。保护电路实现主功率管V1和V2的过流保护和直流变换器输出过压保护。驱动电路采用正激驱动电路，提供功率管V1和V2的隔离驱动。 交叉并联正激直流变换器 吸收电路 逆变器 主电路图 （b）控制框图 图4－1 单相软开关静止变流器的主电路图及其控制框图 吸收控制电路提供吸收管Ve的控制信号，驱动电路实现Ve的隔离驱动。 直交逆变器采用瞬时电压、电流双闭环反馈控制和离散脉冲调制。基准正弦波发生器产生高精度的正弦电压给定信号。逆变器滞环控制产生逆变器功率管的控制信号，控制功率管过零开关，调节输出电压恒定。驱动电路实现逆变器功率管V3～V6的隔离驱动。输出过压和欠压保护电路用于输出保护[1]。欠压保护的动作电压为100V，要求保护装置的动作时间延时3～5s。当系统起动或出现一连串瞬变欠压时，保护线路应不动作。当输出电压为110V时，电路恢复工作，恢复时间为2s。过压保护的动作电压为125V，延时10s，其反延时特性见表4－1。当系统出现一连串瞬时过电压时，保护线路应不动作。 表4－1 输出过压保护值及其保护动作时间 过电压(V) 165 155 145 135 125 动作时间(s) 0.064 0.082 0.12 0.23 10 是直流变换、逆变器和吸收电路的交联信号，是实现逆变器功率管过零开关的关键。直流变换器的控制电压提供逆变器过零触发信号和吸收管的驱动信号。当直流变换器任一保护电路检测出故障，则封锁静止变流器所有功率管的驱动信号。 §4－3 直流变换器控制电路 4－3－1 UC1525脉宽调制控制电路 脉宽调制电路的主要功能是产生交叉并联正激直流变换器的功率管V1和V2的PWM控制信号，实现直流变换器输出电压平均值恒定。该部分电路见图4－2。 由第二章分析知，直流变换器的电流由负载决定，近似为半正弦调制波形。由于电流型脉宽调制器，如UC1842[10]，是控制每个脉冲电流的峰值恒定，因此该直流变换器不能采用电流控制，而只能采用电压控制。控制器件采用电压型脉宽调制器UC1525[9]。 电压闭环通过调节V1和V2驱动信号占空比，使输出反馈电压跟踪给定电压变化，控制恒定在180V。n3和n4分别是功率变压器T1和T2的一个绕组，用于检测。电压调节器采用比例积分PI调节，R3、R4和C3构成补偿网络。 此外，脉宽调制电路还具备以下功能： ①设置控制信号的最大和最小占空比限制。R1和C1决定死区时间，通过设定死区时间可限制最大占空比，防止电路失控时功率变压器饱和。电阻R11、R12，稳压管DW2和二极管VD1用来限制最小占空比，避免直流变换器输出电压过小，无法满足静止变流器的输出电压要求。 ②设置开关频率。由文献[9]知，振荡频率可由下式近似确定： （4－1）