[发明专利]变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路。

背景技术

现在的工业生产对逆变器开关频率的要求越来越高，所以高频化必成为未来逆变器发展的主导方向，但是在硬开关逆变器中，开关器件的开关频率越高，开关损耗就会越大，严重限制了逆变器高频化的发展趋势。为此，软开关技术迅速发展起来，当逆变器工作在高频状态下，通过软开关技术可以很好的实现逆变器中功率开关器件的软开关切换，进而减小功率开关器件的开关损耗，提高逆变器的效率。

在现代的软开关逆变器中，谐振极型软开关逆变器的性能较为突出，对于三相逆变器来说，谐振极型逆变器的辅助谐振电路接在逆变器的三个输出端上，辅助谐振电路由原来的一组变为每一相均配有一组，通过辅助谐振电路，使每一相上下两组功率开关器件的连接点(即极点)电压产生谐振，为开关器件的零电压导通或零电流关断创造条件，其最大的优点在于对逆变电路进行脉宽调制(pulse width modulation，PWM)时，也可以同时触发辅助谐振电路，两者之间互不影响。相比于其它类型的软开关逆变器，谐振极型逆变器在保证主开关和辅助开关都实现软开关切换的条件下，具有更多的控制策略可供选择。

因为谐振极型逆变器所具有的优良性能，其在工业领域中得到广泛的应用，各种不同的辅助电路拓扑结构先后被研究人员提了出来，推动了该类型逆变器的发展，但是这些拓扑结构仍然存在可以改进的地方。例如姚钢等人在《中国电机工程学报》2006年第26卷第6期公开了“基于变压器辅助换流的新型ZVS-ZCS逆变器”，该文中提出的拓扑电路的各相辅助谐振电路都用了4个有源辅助开关，这不仅增大了逆变器的体积和成本，而且大大增加了逆变器的控制难度；王强等人在《中国电机工程学报》2009年第29卷第27期公开了“新型零电压零电流谐振极型软开关逆变器”，该文中提出的拓部结构虽然实现了主开关的零电流关断和零电压开通，但是该拓部结构在直流母线之间串联两个大容量的电解电容来构建中性点电位，所以当逆变器工作在高频时，电容器频繁的进行充放电会引起中性点电位变化，影响逆变器的正常运行；褚恩辉等人在《仪器仪表学报》2009年第30卷第6期公开了“新型有源辅助谐振极型逆变器的研究”，该文中提出的拓部结构虽然没有用大电容来均分直流母线电压，不会出现中性点电位变化问题，但是该拓扑结构中辅助开关器件不能实现零电流关断。此外，目前关于软开关逆变器的文献中，要么采用了在直流母线之间串联大电容来均分直流母线电压，要么需要复杂的耦合电感及相应的磁通复位电路，有的为了确保实现软开关，需要单独的检测电路和外围控制电路，不仅使主电路变得复杂，而且也增加了控制难度。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供了一种变压器辅助换流的谐振极型软开关逆变电路，避免了在直流环节串联大容量的均压电容，解决了逆变器中性点电位变化问题。

本发明采用的技术方案如下：主电路包括直流电源、三相脉宽调制逆变器和三相阻感性负载；直流电源和三相脉宽调制逆变器之间设有三组相同的辅助谐振电路，三组辅助谐振电路对应三相变压器的A、B、C三相，每组谐振电路均包含1个单相变压器、2个带有反并联二极管的辅助开关、1个谐振电感和4个辅助二极管。

所述的逆变器A相对应的辅助谐振电路结构为：辅助开关S_a1的发射极与直流母线的N极相连，辅助开关S_a1的集电极与辅助开关S_a2的发射极相连，辅助开关的S_a2集电极与直流母线的P极相连，辅助二极管D_a1和D_a2的阴极分别与直流母线的P极相连，辅助二极管D_a3和D_a4的阳极分别与直流母线的N极相连，辅助二极管D_a1的阳极与辅助二极管D_a4的阴极相连，辅助二极管D_a2的阳极与辅助二极管D_a3的阴极相连，单相变压器原边绕组的a端与辅助二极管D_a1的阳极相连，单相变压器原边绕组的b端与辅助二极管D_a2的阳极相连，单相变压器副边绕组的c端与辅助开关S_a2的发射极相连，单相变压器副边绕组的d端与谐振电感的L_ra一端相连，谐振电感L_ra得另一端与主开关S₁的发射极相连。