專(zhuān)利名稱(chēng)：恒能功率脈沖群調(diào)制變流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可用于DC-DC降壓變換、無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器以及交流感應(yīng)電機(jī)調(diào)速等方面的新型變流裝置，特別是一種專(zhuān)用于工業(yè)風(fēng)機(jī)和水泵無(wú)級(jí)調(diào)速節(jié)能的變頻裝置。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)中，作為電力電子變流技術(shù)主要應(yīng)用方式的PWM(脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)進(jìn)入實(shí)用已有20多年的時(shí)間了，但直到今天仍存在一些不夠理想的地方，主要表現(xiàn)在載波頻率與器件開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾的解決上。我們知道，要使PWM方式在盡可能小的安裝體積上獲得優(yōu)良的諧波抑制特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，系統(tǒng)的載波頻率應(yīng)越高越好，但理論分析和實(shí)踐都表明隨著系統(tǒng)載波頻率的升高，器件開(kāi)關(guān)過(guò)程所產(chǎn)生的損耗將變得十分突出！20多年來(lái)，人們圍繞如何解決這個(gè)問(wèn)題提出過(guò)多種不同的解決方案，如PWM技術(shù)早期提出的RCD、BCD緩沖吸收軟開(kāi)關(guān)方案已被實(shí)踐證明在一定的條件下是可行的。但是，這兩種解決方案都有一個(gè)不足，就是僅適用于系統(tǒng)載波頻率不高的情況。為解決更高載波頻率下存在的問(wèn)題，1986年首次由DM Divan教授提出了“雙零諧振軟開(kāi)關(guān)”的概念，該解決方案的核心是利用LC元件的諧振儲(chǔ)能過(guò)程，在系統(tǒng)的變流主電路中形成電壓(或電流)周期性為零的條件，并通過(guò)控制使系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)器件在零電壓或零電流時(shí)刻開(kāi)通和關(guān)斷，這樣，由于器件在開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)刻承受的功率為零，從而達(dá)到減小器件開(kāi)關(guān)損耗的目的。到目前為止，諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已較成功地應(yīng)用于380V、輸出平均電流30A以下的中小功率變換系統(tǒng)中。而對(duì)輸出電流超過(guò)30A以上的系統(tǒng)，該技術(shù)要碰到另一個(gè)新的難點(diǎn)問(wèn)題即開(kāi)關(guān)器件承受過(guò)高的電壓(或電流)應(yīng)力問(wèn)題。近年來(lái)，解決這個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題的研究已成為該學(xué)科研究中的熱點(diǎn)分支之一，但直到目前還沒(méi)有重大的突破！
在PWM技術(shù)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的20多年時(shí)間里，雖經(jīng)世界各國(guó)研究人員的不斷努力，但在解決系統(tǒng)載波頻率與器件開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾問(wèn)題上進(jìn)展如此艱難，其根本原因在哪里？通過(guò)對(duì)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入的分析后表明，無(wú)論是緩沖吸收軟開(kāi)關(guān)方式還是諧振軟開(kāi)關(guān)方式，其解決問(wèn)題的技術(shù)本質(zhì)都是將每次開(kāi)關(guān)過(guò)程本應(yīng)由器件承擔(dān)的開(kāi)關(guān)損耗能量，在器件狀態(tài)的轉(zhuǎn)換之前先將它暫時(shí)轉(zhuǎn)移到附加的儲(chǔ)能元件中，然后，讓器件在沒(méi)有開(kāi)關(guān)損耗的情況下完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，待器件完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換后，再將這些暫時(shí)轉(zhuǎn)移走的能量消耗在電阻上或通過(guò)其它通道返回電源或送到負(fù)載中。在這種解決方法中，由于緩沖吸收方式只能以自然充放電的形式來(lái)完成能量的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過(guò)程，所以工作周期比較長(zhǎng)，這就是為什么在該方式下系統(tǒng)載波頻率難于提高的根本原因；而諧振軟開(kāi)關(guān)方式以LC元件諧振的方式來(lái)完成能量的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移過(guò)程，所以，與緩沖吸收方式相比工作頻率可以有數(shù)倍乃至十倍以上的提高。但是，該方式又因?yàn)楣ぷ黝l率高，速度快，所以LC儲(chǔ)能元件的數(shù)值必須很小，這樣就帶來(lái)了另一個(gè)新問(wèn)題，就是在大電流斬波時(shí)，LC元件將因內(nèi)部轉(zhuǎn)移進(jìn)較多的能量而對(duì)外電路呈現(xiàn)出很高的端電壓或很大的瞬時(shí)充放電電流，這些電壓和電流作用在開(kāi)關(guān)器件上，就形成了對(duì)器件安全構(gòu)成威脅的過(guò)高電壓(或電流)應(yīng)力問(wèn)題。當(dāng)然了，增大LC儲(chǔ)能元件的參數(shù)將有助于降低開(kāi)關(guān)器件承受的應(yīng)力，但系統(tǒng)的軟開(kāi)關(guān)諧振周期也要延長(zhǎng)，也就是系統(tǒng)的載波頻率必須下降，這樣，PWM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將難以發(fā)揮，從實(shí)際應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，這是難以接受的。綜合上述分析結(jié)果，不難得出這樣的結(jié)論，就是用軟開(kāi)關(guān)方式解決PWM強(qiáng)制斬波系統(tǒng)載波頻率與器件開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾時(shí)，最終要?dú)w結(jié)為解決斬波電流、儲(chǔ)能元件諧振頻率和器件應(yīng)力這三個(gè)有著相互制約關(guān)系的參數(shù)之間的協(xié)調(diào)解決上，而人們一直希望達(dá)到的、固定其中兩個(gè)參數(shù)(即高的諧振頻率和低的器件應(yīng)力)而另一個(gè)參數(shù)(即斬波電流)可(隨負(fù)載的不同)隨意變化的要求，實(shí)際上是很難做到的！這就是人們歷經(jīng)20多年的研究而難于取得重大進(jìn)展的根本原因！
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是用一種新方案來(lái)解決PWM系統(tǒng)中載波頻率與器件開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾問(wèn)題。該方案與已有技術(shù)的最大不同在能量的傳遞方式上。在已有技術(shù)中由于采用的是對(duì)連續(xù)能量進(jìn)行強(qiáng)制斬波的方法來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)能量要求的分段傳遞控制目的，因此，系統(tǒng)工作電流有多大斬波電流就應(yīng)該有多大，否則無(wú)法工作，也沒(méi)有選擇的余地。因此，在高電壓、大電流斬波時(shí)器件不可避免地要承受很高的電壓和電流應(yīng)力。而本實(shí)用新型采用定能量斬波工作方式，首先將系統(tǒng)所要傳遞的全部能量按輸出波形的要求，通過(guò)脈沖形成電路以時(shí)間分割的方式分解為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的、含有固定能量的功率脈沖后，傳送到系統(tǒng)交流逆變電路的直流母線上，經(jīng)逆變電路逆變?yōu)榕c對(duì)應(yīng)輸出波形接近的類(lèi)PWM波形，最后經(jīng)平波電路平波后輸出到負(fù)載。這種傳遞方式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)有以下幾個(gè)①通過(guò)離散控制方式可方便地控制單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，從而使系統(tǒng)的能量傳遞過(guò)程根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行控制；②由于每個(gè)功率脈沖所傳遞的能量固定，因此，在電源電壓固定的情況下，脈沖峰值電流也為固定，這樣器件承受的電壓、電流應(yīng)力(不受負(fù)載條件的影響)也為固定；③采用可控串聯(lián)諧振工作方式形成功率脈沖時(shí)，可用幾個(gè)較小功率、較低調(diào)制頻率的小變流系統(tǒng)合成一個(gè)具有較高調(diào)制頻率的大功率變流系統(tǒng)，而各開(kāi)關(guān)器件只需承受各自支路的應(yīng)力即可；④系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)器件(包括功率脈沖發(fā)生電路和逆變電路的器件)全部在零電流條件下開(kāi)通和自然關(guān)斷。
本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)為系統(tǒng)由直流恒壓源、可控串聯(lián)諧振離散恒能功率脈沖形成電路、逆變電路、輸出平波電容和控制電路五個(gè)部分組成(其中組成DC-DC變換系統(tǒng)時(shí)，不需要逆變電路)。在這個(gè)系統(tǒng)中，可控串聯(lián)諧振離散恒能功率脈沖形成電路為本實(shí)用新型最關(guān)鍵的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，分為異步不鉗位脈沖形成電路和同步鉗位脈沖形成電路兩種，該電路在系統(tǒng)中不僅要完成功率脈沖的形成工作，還要為系統(tǒng)逆變主回路提供電壓及電流周期性過(guò)零的條件；此外，它的運(yùn)行特性還直接關(guān)系到系統(tǒng)中各功率開(kāi)關(guān)器件工作時(shí)所要承受的電壓和電流應(yīng)力問(wèn)題，同時(shí)，也是雙路(或多路合成一路的基本條件。系統(tǒng)中的逆變電路是本實(shí)用新型的另一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，分為單相和三相兩種結(jié)構(gòu)，它雖然只由可控硅元件和輸出濾波電容組成，但逆變過(guò)程不需專(zhuān)門(mén)的換流電路即可正常工作。下面分別對(duì)這些創(chuàng)新內(nèi)容進(jìn)行論述(1)DC-DC變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)將恒能功率脈沖形成電路的輸出波形直接經(jīng)平波電容平波后即可供給負(fù)載RL工作。需調(diào)節(jié)輸出電壓平均值U0大小時(shí)，通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)恒能功率脈沖形成電路的工作頻率f即可達(dá)到。
(2)DC-AC逆變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)由功率脈沖形成電路產(chǎn)生的功率脈沖群集以電流形式輸送到逆變電路的直流母線上，然后通過(guò)逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗷蛉鄬?duì)稱(chēng)交流電壓后向負(fù)載供電。在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)中的全部功率開(kāi)關(guān)元件以離散控制方法進(jìn)行控制，其中功率脈沖形成電路以受控?cái)嗬m(xù)工作方式完成輸出波形中各脈沖群的群序和群值(有關(guān)新名詞的說(shuō)明附在本說(shuō)明書(shū)后面，下同)的調(diào)制功能，而逆變電路完成群基調(diào)制功能，而控制電路則通過(guò)控制系統(tǒng)功率脈沖形成電路的輸出頻率f(或采用與SPWM相同的控制策略)來(lái)達(dá)對(duì)輸出波形u0的幅度U0和頻率f0的同步控制目的。
(3)異步不鉗位脈沖形成電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)該電路結(jié)構(gòu)如(圖1a)中的虛線AA’左邊所示，整個(gè)脈沖形成電路P由單向可控硅S1和諧振電抗L、諧振電容C、和續(xù)流二極管VD組成，其聯(lián)接方法是VD和C并聯(lián)后再與S1、L串聯(lián)，其輸入端P1接電源E，輸出端為Y1。
(4)同步串聯(lián)鉗位脈沖形成電路的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)該電路結(jié)構(gòu)如(圖2a)中的虛線AA’左邊所示，整個(gè)脈沖形成電路P由接成單相全橋的四個(gè)單向可控硅S11～S14、諧振電容C、諧振電抗L以及續(xù)流二極管VD組成，電路聯(lián)接方法為C接在兩半橋的中間點(diǎn)P2、P4上，可控硅全橋、諧振電抗L以及續(xù)流二極管VD組成T形電路，其輸入端P1接電源E，輸出端為Y1；(5)單相逆變電路的結(jié)構(gòu)如(圖1a)、(圖2a)中的虛線AA’右邊所示，由接成單相全橋的四個(gè)單向可控硅S21～S24和輸出平波電容C0組成，Y1、Y3為功率脈沖輸入端，Y2、Y4為逆變輸出端。
(6)三相逆變電路的結(jié)構(gòu)如(圖4)中的虛線AA’右邊所示，由接成三相全橋的六個(gè)單向可控硅S21～S26和三個(gè)輸出平波電容Cab、Cbc、和Cca組成，Y1、Y3為功率脈沖輸入端，YA、YB、YC為逆變輸出端。
(7)將兩路或更多路電路結(jié)構(gòu)相同的變流電路，在逆變輸出端將相同的輸出端口并聯(lián)在一起，即可合成為一路具有較高調(diào)制頻率和較大輸出功率的逆變電路向同一個(gè)負(fù)載供電，其控制方法為各并聯(lián)支路采用同步輸出脈沖方式工作或采用異步錯(cuò)位輸出脈沖方式工作都可。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明
圖(1)為異步不鉗位脈沖形成電路與單相逆變電路組成的逆變系統(tǒng)圖。
圖(2)為同步鉗位橋式功率脈沖形成電路與單相逆變電路組成的逆變系統(tǒng)圖。
圖(3)為用圖(2)電路在輸出負(fù)載上調(diào)制出的類(lèi)PWM正弦電壓波形圖。
圖(4)為同步鉗位橋式功率脈沖形成電路與三相逆變電路組成的逆變系統(tǒng)圖。
圖(5)為用圖(4)電路在輸出負(fù)載上調(diào)制出的三相對(duì)稱(chēng)梯形電壓波形圖。
具體實(shí)施方式
1、可控串聯(lián)諧振離散恒能功率脈沖產(chǎn)生電路(1)異步不鉗位脈沖形成電路電路結(jié)構(gòu)如圖1(a)中A-A’線左邊所示。圖中LC為諧振儲(chǔ)能電感和電容，VD為續(xù)流二極管。圖中A-A’線右邊為由可控硅S21～S24和輸出濾波電容CO組成的單相逆變電路Y，RL為輸出負(fù)載，E為供電電源。從圖中可看出，電路中電源E、諧振儲(chǔ)能電感L和電容C、以及脈沖電路的負(fù)載Y三者為并聯(lián)聯(lián)接。電路參數(shù)CO＞＞C，具體分析工作原理時(shí)可認(rèn)為CO的端電壓在一個(gè)脈沖周期內(nèi)基本不變。電路的初始狀態(tài)為電容C上電壓為零，五個(gè)可控硅全部處于關(guān)斷狀態(tài)。工作過(guò)程為(各時(shí)間段相關(guān)的波形見(jiàn)圖1b)；在時(shí)間t0時(shí)刻觸發(fā)可控硅S1導(dǎo)通，電流i經(jīng)S1、L向C充電，uc上升；到t2時(shí)刻uc上升到2倍電源電壓時(shí)i下降到零；t3時(shí)刻觸發(fā)可控硅S21、S23，這樣C上所充電荷經(jīng)L向CO諧振放電，uc下降，電流iL上升；到t4時(shí)iL上升到最大值后開(kāi)始下降；t5時(shí)刻，uc下降到零，同時(shí)VD導(dǎo)通續(xù)流，iL繼續(xù)下降；到t6時(shí)刻iL下降到零，S21、S23自然關(guān)斷；t7時(shí)刻，下個(gè)脈沖周期開(kāi)始，重復(fù)前述過(guò)程。經(jīng)分析計(jì)算可知，該電路每工作一個(gè)脈沖周期便從電源吸收并輸送WS＝2CE2(焦耳)的能量到負(fù)載，并且該能量值不受負(fù)載RL的變化影響。
(2)同步鉗位橋式脈沖形成電路圖2(a)中A-A’線左邊為同步串聯(lián)鉗位橋式結(jié)構(gòu)功率脈沖形成電路P。圖中由可控硅S11～S14及諧振儲(chǔ)能電容C、諧振電抗L以及續(xù)流二極管VD組成功率脈沖的橋式形成電路P；圖中A-A’線右邊為由可控硅S21～S24和CO組成的單逆變電路Y；RL為輸出負(fù)載；E為直流供電電源。從圖中可看出，電路中電源E、諧振儲(chǔ)能電容C、以及脈沖電路的負(fù)載Y三者為串聯(lián)聯(lián)接。電路參數(shù)CO＞＞C，分析工作原理時(shí)可認(rèn)為在一個(gè)脈沖工作周期內(nèi)，CO的端電壓不變。電路的初始狀態(tài)為全部可控硅處于關(guān)斷狀態(tài)；電抗電流iL為零；諧振電容C上已充足電荷，端電壓為電源電壓值，極性上正下負(fù)；輸出電容CO端電壓為u0，極性為左正右負(fù)。到時(shí)間t0時(shí)刻(各時(shí)間段相關(guān)的波形見(jiàn)圖2b)，觸發(fā)可控硅S12、S13以及S21、S23，讓其開(kāi)通，在可控硅開(kāi)通瞬間，由于電容C上的電壓UC與電源電壓同極性串連，因此，P3點(diǎn)電壓up(續(xù)流二極管VD承受的反壓)為兩倍電源電壓。隨后C開(kāi)始放電，iL經(jīng)E、S12、C、S13、L、S21、CO、S23形成回路流通，并從零開(kāi)始增大，up下降；到t2時(shí)刻，up＝u0，iL達(dá)到最大值并開(kāi)始下降；到時(shí)間t3時(shí)刻，C被反向充電到電源電壓值時(shí)，up下降到零，VD導(dǎo)通續(xù)流，iL繼續(xù)下降，同時(shí)，S12、S13在零電壓和零電流條件下進(jìn)入自然關(guān)斷狀態(tài)；到時(shí)間t4時(shí)，iL下降到零，S21、S23關(guān)斷。到時(shí)間t5時(shí)刻，下一個(gè)脈沖周期開(kāi)始。這時(shí)觸發(fā)可控硅S11、S14和S21、S23，使其開(kāi)通，因C1上的電壓極性在上個(gè)脈沖周期結(jié)束時(shí)被充電到上負(fù)下正，而這次導(dǎo)通的可控硅為S11、S14，因此，P3點(diǎn)電壓和其余各點(diǎn)的電壓、電流波形及其變化過(guò)程與上一個(gè)脈沖周期相同，不再重復(fù)論述。通過(guò)分析計(jì)算可知，該電路每工作一個(gè)周期也從電源吸收并輸送WS＝2CE2(焦耳)的能量到負(fù)載，并且該能量值不受負(fù)載RL的變化影響。
2、調(diào)制輸出不同的電壓波形(1)DC-DC直流變換只需將圖(2a)中A-A’線左邊的電路P保留，而在A-A’線右邊直接接平波電容CO后即可供給負(fù)載RL工作；調(diào)節(jié)輸出電壓平均值U0的方法可通過(guò)控制電路調(diào)節(jié)功率脈沖發(fā)生電路P的工作頻率f來(lái)達(dá)到。
(2)DC-AC逆變換將功率脈沖形成電路P與逆變電路Y相結(jié)合，用離散控制方法即可方便地在圖(1)或圖(2)的輸出負(fù)載RL上形成各種所需的交流電壓波形。
①調(diào)制輸出單相正弦電壓波圖(3)為用圖(2)電路在輸出負(fù)載RL上形成的正弦電壓波形的情況。調(diào)制方法為由功率脈沖形成電路P產(chǎn)生的每單個(gè)脈沖傳遞能量為恒定的功率脈沖群集以圖(3a)所示的電流形式輸送到逆變電路Y的直流母線Y1上，然后通過(guò)逆變電路Y轉(zhuǎn)變成單相交流輸出電壓后向負(fù)載供電。調(diào)制程序?yàn)橛晒β拭}沖形成電路P以受控?cái)嗬m(xù)工作方式先完成輸出波形中各脈沖群的群序和群值的調(diào)制，然后再由逆變電路Y完成各脈沖群的群基調(diào)制，最后經(jīng)平波電容CO平波后輸出圖(3b)所示的平滑正弦電壓波。
通過(guò)控制電路控制系統(tǒng)功率脈沖電路P的輸出頻率f、或采用與SPWM(正弦脈沖寬度調(diào)制)相同的控制策略即可達(dá)對(duì)輸出波形u0的幅度U0和頻率f0的控制目的，并且全部功率開(kāi)關(guān)元件均以離散控制方法控制。
②調(diào)制輸出三相對(duì)稱(chēng)梯形電壓波圖(5)為用圖(4)電路調(diào)制出的三相對(duì)稱(chēng)梯形電壓波形，電路負(fù)載為感應(yīng)電機(jī)。產(chǎn)生該波形的調(diào)制方法和程序與調(diào)制輸出單相正弦波基本相同，不同之處僅僅在可控硅的導(dǎo)通順序因輸出波形不同而有所不同，根據(jù)輸出波形不難理解，因而不再作論述。
3、多路并聯(lián)工作通常，當(dāng)單個(gè)器件的工作電流達(dá)到極限時(shí)，可以采用多管并聯(lián)的方法來(lái)提高總電流。但是，當(dāng)單個(gè)器件的工作頻率達(dá)到極限時(shí)不可能采用多管并聯(lián)的方法來(lái)提高工作頻率。但是在本技術(shù)當(dāng)中，可以在系統(tǒng)逆變橋的輸出端采用邏輯“或”門(mén)的形式，直接將兩路以上結(jié)構(gòu)相同但功率較小、頻率較低的脈沖變流支路合成為一個(gè)較高頻率的大功率、大電流的輸出系統(tǒng)。這是系統(tǒng)功率脈沖形成電路采用可控串聯(lián)諧振方式的一個(gè)很重要的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，且在這種工作方式下各支路器件只需承受各自支路的應(yīng)力即可，從而更好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中PWM強(qiáng)制斬波系統(tǒng)在斬波電流、儲(chǔ)能元件諧振頻率和器件應(yīng)力三者之間的矛盾問(wèn)題。
在本技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，多路并聯(lián)的聯(lián)接方法和控制方法都很簡(jiǎn)單，其中聯(lián)接方法為將如圖(1)、圖(2)或圖(4)所示任一種變流電路的兩路或更多路的輸出端的相同端口并聯(lián)在一起后共同接入負(fù)載即可。例將兩路如圖(2)所示的電路并聯(lián)工作時(shí)，只需將兩個(gè)電路的Y2點(diǎn)連接在一起，Y4點(diǎn)也聯(lián)接在一起后供給負(fù)載即可。對(duì)圖(4)所示電路的并聯(lián)也一樣，將兩個(gè)電路的YA、YB、YC對(duì)應(yīng)聯(lián)接在一起后供給負(fù)載即可。而控制方法為按輸出波形的合成要求，各并聯(lián)支路可以用同步輸出脈沖方式工作，也可以用異步錯(cuò)位輸出脈沖方式工作，而從減小平波電容的容量和體積成本來(lái)看，異步錯(cuò)位輸出方式要優(yōu)于同步輸出方式，但在控制上，異步方式要比同步方式復(fù)雜一些。
(有關(guān)名詞說(shuō)明由一組連續(xù)實(shí)脈沖組成的集合稱(chēng)為脈沖群，每個(gè)脈沖群所含的脈沖數(shù)稱(chēng)為群值，其極性稱(chēng)為群基；而由一連串脈沖群所組成的集合稱(chēng)為脈沖群集，在脈沖群集中以脈沖群出現(xiàn)的時(shí)間順序?qū)γ總€(gè)脈沖群進(jìn)行編號(hào)，稱(chēng)為群序。例如圖(3a)所示的脈沖群集中有11個(gè)脈沖群，其中群序?yàn)?的脈沖群其群值為2，群基為+1；群序?yàn)?的脈沖群其群值為4，群基亦為1。但在圖(3b)調(diào)制完成后的iL波形中，群序?yàn)?的脈沖群，其群值不變但群基已轉(zhuǎn)變成-1)
權(quán)利要求1.一種適用于DC-DC變換和交流逆變換的恒能功率脈沖群調(diào)制變流裝置，其實(shí)施方案由直流恒壓源E、恒能功率脈沖形成電路P、逆變電路Y、輸出平波電容C0和控制電路組成。其特征在于(a)DC-DC變換系統(tǒng)中，系統(tǒng)功率主回路的構(gòu)成為負(fù)載RL與平波電容C0并聯(lián)后直接接在恒能功率脈沖形成電路P的輸出端；(b)DC-DC變換系統(tǒng)中，輸出電壓平均值U0的大小由恒能功率脈沖形成電路P的工作頻率f決定；(c)在DC-DC變換系統(tǒng)的功率主回路中串入逆變電路Y即構(gòu)成DC-AC逆變換系統(tǒng)的功率主回路，其工作特征是功率脈沖形成電路P所產(chǎn)生的功率脈沖群集以電流形式輸送到逆變電路Y的直流母線Y1上，然后通過(guò)逆變電路Y轉(zhuǎn)變成單相或三相對(duì)稱(chēng)交流電壓后再向負(fù)載供電；(d)DC-AC逆變換系統(tǒng)中，輸出波形中各脈沖群的群序和群值的調(diào)制由功率脈沖形成電路P以受控?cái)嗬m(xù)工作方式完成；(e)DC-AC逆變換系統(tǒng)中，輸出波形中各脈沖群的群基調(diào)制由逆變電路Y以受控?cái)嗬m(xù)工作方式完成；(f)DC-AC逆變換系統(tǒng)中，控制電路調(diào)控功率脈沖電路P的輸出頻率f或采用與SPWM相同的控制策略完成對(duì)輸出波形u0的幅度U0和頻率f0的同步控制；(g)無(wú)論是DC-DC變換系統(tǒng)還是DC-AC變換系統(tǒng)，全部功率開(kāi)關(guān)元件都以離散控制方法控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒能功率脈沖群調(diào)制變流裝置的技術(shù)實(shí)施方案，其特征在于(a)異步并聯(lián)不鉗位脈沖形成電路P由單向可控硅S1和諧振電抗L、諧振電容C、和續(xù)流二極管VD組成，其聯(lián)接方法是VD和C并聯(lián)后再與S1、L串聯(lián)，其輸入端P1接電源E，輸出端為Y1；(b)同步串聯(lián)鉗位脈沖形成電路P由接成單相全橋的四個(gè)單向可控硅S11～S14、諧振電容C、諧振電抗L以及續(xù)流二極管VD組成，電路聯(lián)接方法為C接在兩半橋的中間點(diǎn)P2、P4上，可控硅全橋、諧振電抗L以及續(xù)流二極管VD組成T形電路，其輸入端P1接電源E，輸出端為Y1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒能功率脈沖群調(diào)制變流裝置的技術(shù)實(shí)施方案，其特征在于(a)單相系統(tǒng)的逆變電路由接成單相全橋的四個(gè)單向可控硅S21～S24和輸出平波電容C0組成，Y1、Y3為功率脈沖輸入端，Y2、Y4為輸出端；(b)三相系統(tǒng)的逆變電路由接成三相全橋的六個(gè)單向可控硅S21～S26和三個(gè)輸出平波電容Cab、Cbc、和Cca組成，Y1、Y3為功率脈沖輸入端，YA、YB、YC為輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的恒能功率脈沖群調(diào)制變流裝置的技術(shù)實(shí)施方案，其特征在于(a)將兩路或更多路電路結(jié)構(gòu)相同而功率較小、頻率較低的變流電路在輸出端將相同端口并聯(lián)在一起，然后接入負(fù)載的方式即完成合成一路較大功率、較高頻率的系統(tǒng)電路的連接；(b)兩路或更多路合成一路的控制方法為各并聯(lián)支路采用同步輸出脈沖方式工作或采用異步錯(cuò)位輸出脈沖方式工作都可。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型為一種新型變流裝置。技術(shù)的核心是以定值能量為傳遞指標(biāo)的受控功率脈沖的產(chǎn)生及其群調(diào)制方法，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中PWM強(qiáng)制斬波過(guò)程出現(xiàn)的載波頻率與器件開(kāi)關(guān)損耗之間的矛盾問(wèn)題。適用于各種DC－DC和DC－AC變換，尤其適用于工業(yè)風(fēng)機(jī)和水泵的無(wú)級(jí)調(diào)速節(jié)能。具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單、波形調(diào)制容易、控制方便、功率開(kāi)關(guān)元件在零電流條件下開(kāi)通和自然關(guān)斷、工作應(yīng)力小、可全部采用半控型器件以及成本價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK2701161SQ0323488
公開(kāi)日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日
發(fā)明者盧誠(chéng), 謝實(shí), 何春, 金建輝 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)