一种新型无刷直流电机谐振极软开关逆变器

永磁无刷直流电机具有高功率密度、高转矩/电流比和控制简单等优势,得到了广泛应用。然而,无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动,硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了大功率无刷直流电机驱动系统功率密度和性能的进一步提升。针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电机专用的谐振极软开关电压源逆变器。通过在传统硬开关逆变器的三相输出端添加辅助谐振网络,实现了逆变桥主开关器件的零电压(ZVS)开关动作,辅助双向开关在零电流开关(ZCS)条件开通和关断。针对新型软开关逆变器,提出了一种新的脉宽调制(PWM)控制策略——TPWM TON,逆变桥上下侧开关器件轮流进行PWM调制,保持了直流母线中点电位的平衡,且使主开关和辅助开关的开关频率降到PWM调制频率的一半。对提出的软开关逆变器进行了实验研究,实验结果验证了电路结构、理论分析和控制策略的正确性与可行性。     

耦合电感辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间的变化范围取决于谐振电流设定值和谐振参数。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

直流母线串联辅助电路的谐振直流环节逆变器

为实现一种结构简单,控制方便,高效率,高功率密度的逆变器,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加串联在直流母线上的辅助谐振单元,使直流母线电压周期性地归零,可以实现逆变桥主开关器件的零电压开关,而且辅助开关器件可以实现零电流开通和零电压关断。此外,辅助谐振单元只有一个辅助开关,硬件成本低。分析了电路的换流过程和设计规则,并建立起辅助谐振电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。制作了一个1 k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

变压器辅助换流的谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的变换效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,它利用高频变压器的等效电感与谐振电容之间的谐振,使直流母线电压周期性下降到零,实现逆变桥开关器件在零电压条件下完成切换,辅助开关器件也可以实现零电压开关或零电流开关,二极管的反向恢复损耗也被有效降低。此外,电路中所有开关器件承受的电压都不超过直流电源电压,而且辅助谐振电路在每个开关周期内只工作一次,降低了辅助谐振电路的损耗。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和逆变器的控制方法。制作一个5 kW的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关可以实现零电压开关。该并联谐振直流环节软开关逆变器能有效改善效率,降低开关损耗。     

新型无刷直流电动机专用谐振极逆变器研究

无刷直流电动机通常采用硬开关逆变器驱动.硬开关逆变器的系统效率较低,散热器的体积和重量较大,限制了无刷直流电动机驱动系统功率密度和性能的进一步提升.针对硬开关逆变器问题,提出了一种无刷直流电动机驱动系统专用的谐振极软开关电压源逆变器.通过在传统硬开关逆变器三个输出端和直流母线之间添加辅助谐振单元,实现了逆变桥主开关器件的PWM软开关动作.谐振控制开关零电流开关条件开通,零电压开关条件关断.对提出的新型谐振极逆变器进行了数学分析和仿真研究;仿真结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性.     

辅助电路无耦合电感的箝位谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率和降低辅助谐振电路的损耗,提出一种新型箝位谐振直流环节逆变器,其辅助电路中无耦合电感,可简化电路的分析与计算。由于引入了箝位电路,逆变器直流环节最高电压被箝位在直流电源电压的1.01~1.1倍。在逆变器主开关需要切换时,通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压波形形成零电压凹槽,逆变器的主开关能完成零电压软切换,辅助开关能完成零电流软开通和零电压软关断。基于各工作阶段的等效工作电路,分析电路工作过程,得到完成软切换的条件和参数的具体设计步骤,构造一台10k W的实验样机。从实验结果可以看出,逆变器的主开关和辅助开关实现了软开关,因此该新型箝位谐振直流环节软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

开关器件承受电压不高于直流电源电压的无源谐振极逆变器

为提高逆变器转换效率,提出了一种主开关承受电压不高于直流电源电压的无辅助开关的谐振极逆变器。与硬开关逆变器相比,该软开关逆变器通过增加由少量无源器件组成的谐振电路,能使开关器件在开通瞬间完成零电流开通,在关断瞬间完成零电压关断。此外,该谐振极逆变器在死区时间内输出相电流可通过辅助电路续流,有利于减小低输出频率下的相电流畸变率。依据不同工作模式下的等效电路图,分析工作原理,说明了软开关实现条件,完成了辅助电路功耗的理论分析,并给出了参数设计过程。制作一台10k W的三相实验样机,实验结果表明逆变器的开关器件实现了软开关,而且输出相电流在低频下无畸变。因此,该软开关逆变器具有开关损耗低和输出电流畸变率低的优点。     

具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器

为了降低三电平逆变器在高开关频率下的开关损耗,提高其效率,提出一种具有对称辅助电路的谐振直流环节三电平软开关逆变器的拓扑结构,通过在三电平硬开关逆变器的直流环节设置对称辅助谐振电路,利用辅助电路的谐振将直流母线之间谐振电容的端电压周期性下降到零,使三电平逆变器的主开关在直流母线之间的谐振电容端电压为零时完成切换,以实现零电压开关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,详细分析该软开关逆变器的工作过程。制作3?kW的谐振直流环节三相三电平软开关逆变器的样机,实验结果表明,逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关切换,效率相比于三电平硬开关逆变器有明显提高。因此所提出的拓扑结构可有效降低三电平逆变器的开关损耗,具有工程实用性。     

具有简单辅助电路的并联谐振直流环节软开关逆变器

为克服传统硬开关逆变器存在的缺点,提出了一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器,其辅助谐振电路含有耦合谐振电感,结构相对简单,有利于降低硬件成本。通过辅助电路的谐振使直流母线电压下降到零时,逆变器的主开关可以完成零电压开关,同时辅助开关也可以在辅助谐振电路的工作过程中完成软开关,而且直流母线零电压持续时间可以自由选择,与负载电流和谐振参数无关。文中依据不同工作模式下的等效电路图,对其工作原理进行了分析,给出了软开关的实现条件和逆变器的控制方法。制作了一个140W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关器件都实现了软开关,所以该软开关逆变器能有效地降低开关损耗和提高效率。     

双向开关辅助换流的并联谐振直流环节逆变器

为提高逆变器的效率,提出一种新型并联谐振直流环节软开关逆变器的拓扑结构。直流环节电压可以周期性下降到零,使逆变器的主开关完成零电压切换,同时辅助开关也实现了零电压开关或零电流开关。此外,辅助谐振电路中有2个辅助开关相串联,构成了双向开关。控制该双向开关的通断可以调节逆变器直流环节的零电压持续时间,以方便应用各种灵活的脉宽调制策略。依据不同工作模式下的等效电路图,分析电路的工作原理,给出设计规则,建立辅助谐振电路中各器件的功率损耗和分压电容的电压变化量的数学模型。制作了1台功率为3k W的实验样机,实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关。因此该软开关逆变器可以有效降低开关损耗。     

变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变器

为提高逆变器的运行效率,提出了一种变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路拓扑结构。该拓扑结构用高频变压器来辅助换流,没有设置串联在直流母线间的均压电容,解决了中性点电位变化问题。该逆变器的主开关和辅助开关均能完成软开关动作,并且所承受的电压都不高于直流电源电压。给出了一个开关周期内逆变器在不同工作模式下的等效电路图,详细阐述了该逆变器的工作过程,给出了软开关实现条件,并建立起了辅助电路损耗的数学模型,讨论了谐振参数对辅助电路损耗的影响。最后制作了一台4 k W的单相实验样机,实验结果表明逆变器中的开关器件都工作在软开关条件下。该有源谐振极型软开关逆变器可以有效提高效率,减小开关损耗。     

单相全桥谐振直流环节软开关逆变器

为提高逆变器的效率和简化控制方式,提出一种单相全桥谐振直流环节软开关逆变器。通过单独开关控制辅助谐振电路,使直流环节电压在逆变器主开关需切换时下降到零,逆变器的主开关可以实现零电压开关,同时辅助开关也可以实现零电压开关。而且,逆变器直流环节电压不会超过直流源电压。由于谐振过程和零电压持续时间都较短,因而可以减少功率消耗和提高直流电压的利用率。依据不同工作模式下的等效电路,分析其工作原理,结合相平面分析法研究其动力学行为,给出了软开关实现条件和参数设计过程,搭建了实验样机。实验结果表明逆变器的主开关和辅助开关都实现了软开关,可以有效地降低该软开关逆变器的开关损耗和提高其效率。     

无刷直流电机软开关逆变器矢量控制

为了改善传统无刷直流电动机驱动控制存在的转矩波动大、效率低以及硬开关模式下逆变器侧的开关管功率损耗大等问题,本文提出了一种新型无刷直流电机驱动谐振极逆变器的矢量控制策略。该策略通过矢量算法进行驱动控制,并在传统硬开关逆变器的基础上添加辅助谐振电路,然后根据不同模式下的等效电路图,分析了逆变器的工作原理。最后,在Simulink中进行仿真,其结果验证了该方法在电机正常工作情况下,具有转矩波动小、开关损耗低以及工作效率高等优点。     

谐振直流环节电流型软开关整流器

为降低硬开关整流器开关损耗、提高效率,提出一种谐振直流环节电流型软开关整流器的拓扑结构,其辅助谐振电路与直流母线并联,无辅助器件串联在直流母线上。通过辅助电路的谐振使直流母线电流从整流器桥臂换流到辅助电路的支路上,当流过整流器桥臂上的电流为0时,整流器桥臂上的主开关可以实现零电流开关,同时辅助开关也实现了软开关。依据不同工作模式的电路图,分析电路各个工作模式的工作过程,完成一个工作周期的相平面分析,讨论电路设计规则以及辅助电路损耗与谐振参数之间的关系。实验证明整流器的开关器件完成了软切换。因此,该新型谐振直流环节电流型软开关整流器能处于高效率运行。     

一种新型的软开关正弦波PWM逆变器

为实现一种结构简单、高效、高频、低电压应力、易于控制的软开关三相逆变器控制.提出了一种新型的三相谐振极型软开关PWM逆变器,它与传统的辅助谐振极逆变器(ARCPI)不同,避免了ARCPI使用的2个大电容,没有中性点电位的变化问题.它的三相谐振电路之间是相互独立的,这就使得逆变器易于应用各种控制策略.本文选取一相电路,对其工作原理进行了分析,给出了不同工作模式下的等效电路图和最优电路设计.仿真和试验结果表明:逆变器的主开关和辅助开关都能实现软开关,谐振电路功率小,对减少电磁干扰和提高效率很有意义.     

辅助电路无储能电容的谐振直流环节软开关逆变器

多数谐振直流环节软开关逆变器在直流母线间串联分压储能电容来为谐振电路提供能量,其缺点是分压电容所形成的中性点电位可能发生变化。针对这个问题,提出了一种新型谐振直流环节软开关逆变器拓扑电路。该拓扑电路不需要在直流母线之间串联储能电容来均分直流电源电压,没有中性点电位的变化问题,提高了软开关逆变器的可靠性,并且辅助电路结构相对简单,有利于降低硬件成本和简化控制策略。详细分析了逆变器在不同工作模式下的工作原理,给出了软开关的实现条件,建立了辅助电路的功率损耗数学模型,并制作了一台3 k W的实验样机,实验结果表明该新型软开关逆变器的开关器件实现了软开关。该新型软开关逆变器能有效降低开关损耗和改善效率。     

零电压持续时间不依赖于负载电流的谐振直流环节逆变器

为改善逆变器的效率和性能,提出一种具有谐振直流环节的新型零电压软开关逆变器。通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元,实现了逆变桥开关器件的零电压软开关动作。其辅助谐振单元中,只有2个辅助开关器件,控制相对简单,零电压持续时间不依赖于负载条件,而且电路中避免了使用大电容,没有中性点电位的变化问题。对其工作原理进行分析,给出不同工作模式下的等效电路图和软开关的实现条件。制作一个10 kW的实验样机,通过实验结果验证了该软开关逆变器的有效性。