本實(shí)用新型涉及的是一種諧振直流環(huán)節(jié)的軟開關(guān)逆變器。

背景技術(shù)：

諧振開關(guān)–軟性開關(guān)在20 世紀(jì)80 年代初被首次提出，便受到了廣泛關(guān)注及研究。根據(jù)輔助諧振電路的位置，軟開關(guān)逆變器主要分為兩類：諧振極逆變器和諧振直流環(huán)節(jié)逆變器。其中采用諧振直流環(huán)節(jié)軟開關(guān)技術(shù)的逆變電路受到了國(guó)際電氣傳動(dòng)界的廣泛關(guān)注，與其它的軟開關(guān)逆變電路相比，有許多明顯的優(yōu)勢(shì)，例如其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輔助元件少。但是，諧振直流環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)仍存在不足。例如諧振電感串接在直流母線上的有源箝位諧振直流環(huán)節(jié)逆變器容易使電感上產(chǎn)生過高的功率損耗；諧振電感并聯(lián)在直流母線支路上的并聯(lián)諧振直流環(huán)節(jié)逆變器雖然減少了電感損耗，但其串接在直流母線上的輔助開關(guān)器件在開通狀態(tài)下產(chǎn)生過高的功率損耗，從而使輔助電路的總損耗過高，這是其在高功率場(chǎng)合應(yīng)用推廣不多的原因之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述缺陷，將諧振直流環(huán)節(jié)逆變器向高功率場(chǎng)合應(yīng)用推廣，本實(shí)用新型的軟開關(guān)逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)中輔助電路與直流母線相并聯(lián)。與其它逆變器諧振直流環(huán)節(jié)部分的電路結(jié)構(gòu)比較，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的逆變器結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢(shì)是諧振電感和輔助開關(guān)器件都沒串聯(lián)在直流母線上，可以減小輔助諧振電路的損耗。

本實(shí)用新型提出的諧振直流環(huán)節(jié)的軟開關(guān)逆變器，其由電流型PWM可控整流器，輔助諧振電路和電壓型PWM 逆變器組成，其中所述輔助諧振電路和電壓型PWM逆變器并聯(lián)在所述電流型PWM可控整流器的輸出端，所述電壓型PWM逆變器的直流電源由電流型PWM 可控整流器提供，電壓型PWM 逆變器的開關(guān)器件的零電壓切換條件由輔助諧振電路提供。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的諧振直流環(huán)節(jié)的軟開關(guān)逆變器的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了更好的理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型提供的實(shí)施例。

該諧振直流環(huán)節(jié)的軟開關(guān)逆變器由電流型脈沖寬度調(diào)制(pulse width modulation，PWM)可控整流器，輔助諧振電路和電壓型PWM 逆變器電路組成，逆變器的直流電源由電流型PWM 可控整流器提供，如圖1 所示。輔助諧振電路除了有諧振電容C_r1 和諧振電感L_r以外，還含有電解電容C_F1和C_F2，輔助開關(guān)S_a1和S_a2以及分別反并聯(lián)在輔助開關(guān)兩端的二極管D_a1和D_a2。其中諧振電容C_r1和輔助開關(guān)S_a1并聯(lián)后與電解電容C_F1串聯(lián)組成第一支路，諧振電感L_r與第二輔助開關(guān)S_a2串聯(lián)組成第二支路，第一支路和第二支路并聯(lián)后與第二電解電容C_F2串聯(lián)。

PWM 逆變器的每個(gè)橋臂上的開關(guān)器件都有緩沖電容C_s與其并聯(lián)，PWM 逆變器開關(guān)器件的零電壓切換條件由輔助諧振電路提供。直流母線電壓周期性下降到零時(shí)，三相逆變橋的開關(guān)器件進(jìn)行通斷，使開關(guān)損耗減小。

設(shè)定I_b2為正向的諧振電感電流閾值，設(shè)置該閾值的目的是為了保證諧振過程中直流母線電壓能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)下降到零；I_b3為反向的諧振電感電流閾值，設(shè)置該閾值的目的是為了保證諧振過程中直流母線電壓能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上升到直流電源電壓；I_p1和I_p2 分別為諧振電流的正反向最大值。其中各模式的直流母線上的電流i₁ = I_d；在模式1-4，模式8 和9 中，i₂ = I₀，i₃ = I_b1 = I_d-I₀；在模式5-7中，i₃ = i_Lr。該電路中含有3 個(gè)換能元件C_r1、C_r2和L_r，整個(gè)系統(tǒng)用狀態(tài)變量u_Cr1、u_Cr2、i_Lr表征，分別選用電容電壓狀態(tài)變量u_Cr1 和u_Cr2 各自與電感電流狀態(tài)變量i_Lr組成兩個(gè)相平面，來分析整個(gè)電路。假設(shè)模式1 為電路的初始狀態(tài)，逆變器的整個(gè)工作過程分析如下。

1）模式1(t—t0)：初始狀態(tài)，直流母線電流i₁被分為兩路，包括流經(jīng)負(fù)載的電流i2，以及通過反并聯(lián)二極管D_a1流經(jīng)電容C_F1的電流i₃，該模式中Sa1 工作在開通狀態(tài)下，逆變器處于穩(wěn)態(tài)。此時(shí)，u_Cr1 = 0，u_Cr2 = E，i_Lr= 0。本模式的運(yùn)動(dòng)軌跡為一點(diǎn)。

2）模式2(t0—t1)：電路在本模式通過對(duì)L_r充電，使流過D_a1 的電流減小到零，D_a1完成自然關(guān)斷。在t₀時(shí)刻，開通輔助開關(guān)S_a2，使其處于開通狀態(tài)。由于流過S_a2的電流變化率在L_r的作用下被降低，保證了S_a2在開通過程中完成零電流開通。S_a2 導(dǎo)通后，由于L_r兩端電壓為E/2，L_r被充電，流經(jīng)L_r的電流i_Lr開始線性增大，流過D_a1的電流線性減小，變化率和流經(jīng)L_r的電流變化率相同。當(dāng)i_Lr線性增大到I_b1 時(shí)，D_a1 被自然關(guān)斷，模式2 結(jié)束。

3）模式3(t1—t2)：電路在本模式中通過對(duì)L_r充電，使i_Lr增大到正向閾值I_b2，以保證在接下來的諧振過程中，直流母線電壓能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)下降到零。在t1—t2 時(shí)間段內(nèi)L_r依然被充電，流經(jīng)L_r的電流持續(xù)線性增大，與此同時(shí)開始有電流流過S_a1，S_a1上的電流線性增大。i_Lr線性增大到I_b2時(shí)，模式3 結(jié)束。

4）模式4(t2—t3)：電路在本模式中進(jìn)入諧振過程，通過C_r1、C_r2和L_r的諧振，使直流母線電壓下降到零。在t2 時(shí)刻，關(guān)斷S_a1，在開關(guān)狀態(tài)切換瞬間，在C_r1作用下，S_a1 兩端的電壓不能突變。S_a1的電壓上升率被降低，從而完成了零電壓關(guān)斷。C_r1、C_r2和L_r在t2 時(shí)刻以后處于諧振狀態(tài)，C_r2放電的同時(shí)給L_r和C_r1 充電，u_Cr2 在放電過程中逐漸從E 減小，i_Lr則由于L_r被充電繼續(xù)增大，u_Cr1也在充電過程中逐漸從零開始增大。當(dāng)u_Cr2減小至E/2 時(shí)，流過L_r的電流恰好增加到最大值。此后L_r放電，i_Lr逐漸減小。u_Cr2在t3 時(shí)刻減小到零，二極管Dinv 在此時(shí)開始導(dǎo)通，模式4 結(jié)束。

5）模式5(t3—t4)：電路在本模式中使L_r向電容C_F2放電，i_Lr線性減小，最終逆變橋上的續(xù)流二極管自然關(guān)斷。L_r兩端的電壓值在t3 時(shí)刻時(shí)為?E/2，此時(shí)流過L_r的電流i_Lr開始線性減小，當(dāng)減小到和電流i₁大小相等時(shí)，模式5 結(jié)束，此時(shí)流過L_r的電流大小為I_d。由于Dinv 處于開通狀態(tài)，直流環(huán)節(jié)電壓值為零，因此Sinv 可以完成零電壓開通。

6）模式6(t4—t5)：電路在本模式中使L_r繼續(xù)向電容C_F2 放電，i_Lr繼續(xù)線性減小，最終i_Lr減小到零，L_r放電結(jié)束。在該模式中流經(jīng)L_r的電流持續(xù)線性減小，且由于此時(shí)Sinv 開始有電流流過，所以逆變橋短路，該電流在t4—t5 時(shí)間段內(nèi)呈線性增大趨勢(shì)。由于電感值L_d 比較大，可以有效的抑制短路電流在短時(shí)間內(nèi)的變化，所以直流供電電源在逆變橋短路的這一小段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被損壞。在t5時(shí)刻，i_Lr線性減小到零時(shí)，模式6 結(jié)束。

7）模式7(t5—t6)：電路在本模式中使電容C_F2向L_r放電，L_r被充電，最終i_Lr增大到反向閾值I_b3，以保證在接下來的諧振過程中，直流母線電壓能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)上升到直流電源電壓E。諧振電感在t5時(shí)刻所承受的電壓值仍然是?E/2，二極管D_a2 開通，流經(jīng)L_r的電流開始負(fù)方向線性增加，當(dāng)i_Lr負(fù)向增加至I_b3時(shí)，該模式結(jié)束。

8）模式8(t6—t7)：電路在本模式中進(jìn)入諧振過程，通過C_r1、C_r2 、L_r的諧振，使直流母線電壓上升到E。由于直流環(huán)節(jié)的電壓為零，所以t6 時(shí)刻Sinv在零電壓條件下完成了關(guān)斷。C_r1、C_r2 和L_r在t6 時(shí)刻以后處于諧振狀態(tài)，C_r1 放電的同時(shí)給L_r和C_r2充電。u_Cr1 在放電過程中逐漸從E 減小，i_Lr則由于L_r被充電繼續(xù)反方向增大，u_Cr2 也在充電過程中逐漸從零開始增大。u_Cr1 減小至E/2 時(shí)，流過L_r的電流恰好增加到負(fù)方向最大值，此后L_r放電，i_Lr變小。u_Cr1 在t7 時(shí)刻減小到零，模式8 結(jié)束。

9）模式9(t7—t8)：電路在本模式中使L_r向電容C_F1放電，i_Lr反向線性減小，最終i_Lr反向減小到零，L_r放電結(jié)束，輔助電路結(jié)束工作。S_a1在t7 時(shí)刻導(dǎo)通，由于這時(shí)u_Cr1已經(jīng)減小至零，電流開始從D_a1流過，因此S_a1 在零電壓條件下完成導(dǎo)通。從t7 時(shí)刻開始，i_Lr開始線性減小，當(dāng)i_Lr線性減小到零時(shí)，模式9結(jié)束，然后電路返回模式1，開始下一個(gè)開關(guān)周期的工作。至此，一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的電路的曲線運(yùn)動(dòng)方程建立完成。

本實(shí)用新型提出的該新型諧振直流環(huán)節(jié)軟開關(guān)逆變器，相比于其它逆變器結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于諧振電路中的元件都位于直流母線并聯(lián)支路上，使輔助環(huán)節(jié)的損耗明顯降低。