三相電壓源型高頻鏈逆變器電路

三相電壓源型高頻鏈逆變技術(shù)

現(xiàn)代逆變電源主要向如下幾個(gè)方向發(fā)展,如高頻功率變換、交流側(cè)單位功率團(tuán)數(shù)、低電磁干擾、體積小重量輕、雙向功率流等。單相高頻鏈技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用,隨著應(yīng)用場合范圍的擴(kuò)大和對(duì)功率要求的提高,三相高頻鏈技術(shù)也開始被重視并發(fā)展,主要是改進(jìn)控制方法來降低功率損耗。
三相高頻鏈典型的電路結(jié)構(gòu)如圖8所示,由電壓源逆變器、高頻變壓器和周波變換器組成。逆變器輸出高頻電壓,變壓器將高頻輸入和輸出進(jìn)行隔離,周波變換器提供三相脈寬調(diào)制電壓。逆變器是由4個(gè)ICBT和4個(gè)反并聯(lián)二極管以單相橋方式組成,周波變換器是由6個(gè)雙向開關(guān)管以三相橋方式組成。

為了獲得正弦輸出,專家和學(xué)者們提出了許多不同的方法,如正弦波脈沖幅度調(diào)制、由鋸齒波做參考信號(hào)、積分環(huán)控制、空間矢量調(diào)制、差頻調(diào)制等,同時(shí)還提出了混合調(diào)制的方法,這種方法是基于載波調(diào)制、空間矢量調(diào)制(SVM)和數(shù)字標(biāo)量調(diào)制(DSM)之間的相關(guān)性而提出的。
周波變換器和三相逆變器的工作原理是相似的,只是三相逆變器的輸入是一個(gè)直流電壓,而周波變換器的輸入是一個(gè)正負(fù)交替變換的方波電壓,因此,當(dāng)周波變換器的輸入電壓為正時(shí),周波變換器的PWM信號(hào)和三相逆變器的PWM信號(hào)相同,而當(dāng)輸入電壓為負(fù)時(shí),周波變換器的PWM信號(hào)正好和三相逆變器的PWM信號(hào)相反,如圖9所示,而且當(dāng)三相逆變器的PWM信號(hào)和逆變器輸出電壓的極性同步時(shí),周波變換器的開關(guān)頻率最小。

為了降低周波變換器的開關(guān)損耗,也提出了許多方法和策略,如非諧振ZV5、電源換相(soure commutation)(即ZCS)和電壓箝位及其它們的改進(jìn)方法。
5.1 非諧振ZVS技術(shù)
圖10中的虛線是圖9中的PWM信號(hào)和逆變器輸出電壓信號(hào),但只有在周波變換器輸出的最大寬度電壓內(nèi)才要求逆變器必須輸出電壓,在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的其他時(shí)間逆變器的輸出都為O,因此,周波變換器PWM信號(hào)的邊界可以移到逆變器輸出為0的區(qū)域,如圖10所示,開關(guān)器件都是在零電壓期間進(jìn)行開通和關(guān)斷。
圖11為空間矢量圖,它是由6個(gè)向量(V1~V6)和兩個(gè)零向量(V0和V7)構(gòu)成的,分成6個(gè)區(qū)間。圖12是當(dāng)周波變換器輸入電壓為(a)時(shí),傳統(tǒng)PWM(b)和非諧振ZVS PWM(c)兩種模式在區(qū)域V中的波形圖。由于上述非諧振ZVS只能在從一個(gè)開關(guān)周期到另一個(gè)開關(guān)周期變換時(shí)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),因此義提出了一種新的控制方案,不僅在周期變換時(shí)而且在周期內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。表1列出了3種PWM模式的比較。

5.2 電源換相技術(shù)
利用逆變器的輸出電壓進(jìn)行換相,短路電流的方向和負(fù)載電流的方向相反,如圖13所示。如果負(fù)載電流為正,導(dǎo)通開關(guān)從SUPP到SUNP變化,如果延時(shí)SUPP的關(guān)斷信號(hào),由逆變器輸出電壓產(chǎn)生的短路電流將會(huì)減小SUPP中的電流,當(dāng)短路電流等于負(fù)載電流時(shí),就完成了換相,而沒有開關(guān)損耗,也因此這種技術(shù)又稱為ZCS技術(shù)。

5．3 電壓箝位技術(shù)
在有開關(guān)器件的電路中,往往通過增加緩沖電路來防止開關(guān)器件出現(xiàn)過電壓,但在緩沖電路中會(huì)產(chǎn)生大量功率損耗,而圖14中虛線部分組成的電壓箝位電路就可以解決此問題。電壓箝位電路包括一個(gè)電容、4個(gè)開關(guān)管和10個(gè)二極管