三相電壓源型高頻鏈逆變技術

三相電壓源型高頻鏈逆變技術

??? 現(xiàn)代逆變電源主要向如下幾個方向發(fā)展,如高頻功率變換、交流側單位功率團數(shù)、低電磁干擾、體積小重量輕、雙向功率流等。單相高頻鏈技術已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展和應用,隨著應用場合范圍的擴大和對功率要求的提高,三相高頻鏈技術也開始被重視并發(fā)展,主要是改進控制方法來降低功率損耗。
??? 三相高頻鏈典型的電路結構如圖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ICBT和4個反并聯(lián)二極管以單相橋方式組成,周波變換器是由6個雙向開關管以三相橋方式組成。

??? 為了獲得正弦輸出,專家和學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、積分環(huán)控制、空間矢量調(diào)制、差頻調(diào)制等,同時還提出了混合調(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)字標量調(diào)制(DSM)之間的相關性而提出的。
??? 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直流電壓,而周波變換器的輸入是一個正負交替變換的方波電壓,因此,當周波變換器的輸入電壓為正時,周波變換器的PWM信號和三相逆變器的PWM信號相同,而當輸入電壓為負時,周波變換器的PWM信號正好和三相逆變器的PWM信號相反,如圖9所示,而且當三相逆變器的PWM信號和逆變器輸出電壓的極性同步時,周波變換器的開關頻率最小。

??? 為了降低周波變換器的開關損耗,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方法。
5.1 非諧振ZVS技術
??? 圖10中的虛線是圖9中的PWM信號和逆變器輸出電壓信號,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,在半個開關周期內(nèi)的其他時間逆變器的輸出都為O,因此,周波變換器PWM信號的邊界可以移到逆變器輸出為0的區(qū)域,如圖10所示,開關器件都是在零電壓期間進行開通和關斷。
??? 圖11為空間矢量圖,它是由6個向量(V1~V6)和兩個零向量(V0和V7)構成的,分成6個區(qū)間。圖12是當周波變換器輸入電壓為(a)時,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只能在從一個開關周期到另一個開關周期變換時實現(xiàn)軟開關,因此義提出了一種新的控制方案,不僅在周期變換時而且在周期內(nèi)都能實現(xiàn)軟開關。表1列出了3種PWM模式的比較。

5.2 電源換相技術
??? 利用逆變器的輸出電壓進行換相,短路電流的方向和負載電流的方向相反,如圖13所示。如果負載電流為正,導通開關從SUPP到SUNP變化,如果延時SUPP的關斷信號,由逆變器輸出電壓產(chǎn)生的短路電流將會減小SUPP中的電流,當短路電流等于負載電流時,就完成了換相,而沒有開關損耗,也因此這種技術又稱為ZCS技術。

5．3 電壓箝位技術
??? 在有開關器件的電路中,往往通過增加緩沖電路來防止開關器件出現(xiàn)過電壓,但在緩沖電路中會產(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電容、4個開關管和10個二極管。在周波變換器換相的時候,電容吸收儲存在變壓器漏感上的能量,這就可以避免開關器件發(fā)生電壓過沖,而且為了降低功率損耗,儲存在電容上的能量還可以通過4個開關管反饋回逆變器端或負載端。在周波變換器死區(qū)時間內(nèi)負載電流可以通過二極管DC5-DC10導通,而且還可以當負載過流時快速切斷負載,而不會形成過壓導致周波變換器中的開關管擊穿。