無(wú)刷直流電機(jī)以其優(yōu)越的性能獲得了迅猛發(fā)展,然而,無(wú)刷直流電機(jī)通常采用硬開(kāi)關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng),硬開(kāi)關(guān)逆變器的系統(tǒng)效率較低,開(kāi)關(guān)器件的電壓、電流應(yīng)力大,散熱器的體積和重量較大,而且硬性通/斷產(chǎn)生的過(guò)高du/dt和di/dt給系統(tǒng)造成了非常嚴(yán)重的電磁干擾,影響電機(jī)的絕緣壽命,功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通和關(guān)斷瞬間的電壓和電流尖峰可能使功率器件的運(yùn)行軌跡超出安全工作區(qū),從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件的損壞,影響系統(tǒng)的可靠性。因此,硬開(kāi)關(guān)逆變器限制了大功率無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率密度和性能的進(jìn)一步提高,控制器效率、電磁干擾、體積重量問(wèn)題日益突顯,成為制約其快速發(fā)展的主要因素。
為了解決硬開(kāi)關(guān)逆變器的諸多問(wèn)題,人們將更多的努力投向了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。自從20世紀(jì)80年代初提出諧振開(kāi)關(guān)——軟性開(kāi)關(guān)的概念,軟開(kāi)關(guān)技術(shù)吸引了大量的研究人員,成為電力電子和運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。用于交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軟開(kāi)關(guān)電壓源逆變器主要包括兩種類(lèi)型:諧振直流環(huán)節(jié)逆變器和諧振極逆變器。諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器的研究產(chǎn)生了許多拓?fù)浜涂刂品椒?,該?lèi)逆變器共同的特點(diǎn)是在直流母線上串接一個(gè)功率器件,其導(dǎo)通損耗將嚴(yán)重影響逆變器效率的提高,且直流母線凹槽影響直流電壓的利用率。
諧振極逆變器的輔助電路連接在逆變器的三個(gè)輸出端,直流環(huán)節(jié)電壓不受諧振的影響。諧振極逆變器代表性的電路有準(zhǔn)諧振電流模式逆變器、輔助諧振換相極逆變器、零電壓轉(zhuǎn)換逆變器、星形緩沖器和三角形緩沖器。但這些諧振極逆變器的研究主要集中在異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),異步電動(dòng)機(jī)為正弦波控制三相繞組中通有正弦電流,而無(wú)刷直流電機(jī)工作在星形三相六狀態(tài)120°換相時(shí)為方波控制,只有兩相通電且為方波,控制方法及開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)作都有較大差異,因而,傳統(tǒng)的諧振極軟開(kāi)關(guān)逆變技術(shù)并不完全適合于無(wú)刷直流電機(jī),有必要研究適用于無(wú)刷直流電機(jī)的諧振極軟開(kāi)關(guān)逆變器。提出了一種專(zhuān)用于無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧振極軟開(kāi)關(guān)逆變器,如圖1所示。三相橋臂的極點(diǎn)連接諧振網(wǎng)絡(luò),每相諧振網(wǎng)絡(luò)含有一個(gè)雙向開(kāi)關(guān)和一個(gè)小的緩沖諧振電容,三相共用一個(gè)諧振電感和兩個(gè)形成直流母線中點(diǎn)電壓的電容。緩沖諧振電容為該相主開(kāi)關(guān)器件的 PWM 調(diào)制提供 ZVS 關(guān)斷條件,雙向開(kāi)關(guān)控制諧振過(guò)程實(shí)現(xiàn)緩沖諧振電容的電位變化,為主開(kāi)關(guān)器件的 PWM 調(diào)制提供 ZVS 開(kāi)通條件。雙向開(kāi)關(guān)的通斷均在 ZCS 條件下進(jìn)行,其電壓應(yīng)力為直流電源的一半。
直接轉(zhuǎn)矩控制理論以其控制手段直接、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良等特點(diǎn),在很大程度上解決了矢量控制中控制復(fù)雜、特性易受電機(jī)參數(shù)變化的影響,以及實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果的諸多重大問(wèn)題。然而,在低速情況下直接轉(zhuǎn)矩控制卻存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的不足。此時(shí)若能提高開(kāi)關(guān)頻率,則可改善轉(zhuǎn)速的低頻脈動(dòng)情況。在高速范圍時(shí),通常需要放寬轉(zhuǎn)矩容差來(lái)避免過(guò)高的開(kāi)關(guān)頻率,轉(zhuǎn)矩容差設(shè)定的窄些,對(duì)減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是有利的,但卻增加了逆變器的開(kāi)關(guān)頻率,使之成為進(jìn)一步提高直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)調(diào)速精度的不利因素。在傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)逆變器中,由于存在開(kāi)關(guān)消耗,因此開(kāi)關(guān)頻率難以進(jìn)一步提高。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)則是提高開(kāi)關(guān)頻率,減少開(kāi)關(guān)損耗的最好方法。 2100433B
簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō), 逆變器就是一個(gè)電流轉(zhuǎn)換裝置,可以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電,或把交流電轉(zhuǎn)換為直流電。
軟開(kāi)關(guān)逆變器啟動(dòng)方法誰(shuí)知道?
1.逆變器功率必須大于所用電器額定功率 考慮到有些電器啟動(dòng)時(shí)電流較大,應(yīng)選擇較大輸出功率的逆變器 2.逆變器的直流電壓與電頻電壓要匹配 逆變器工作時(shí)必須街上蓄電池,逆變器已注明接入的直流電源(如12V...
盤(pán)式無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)建模
無(wú)刷直流電機(jī)是采用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的,即用電子開(kāi)關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)有刷直流電機(jī)的接觸式換向器和電刷,也因此被稱(chēng)之為“無(wú)刷直流電機(jī)”。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)...
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目前多數(shù)的諧振極型軟開(kāi)關(guān)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中都設(shè)置了輔助開(kāi)關(guān)器件來(lái)控制諧振過(guò)程,其控制方式要比原來(lái)的硬開(kāi)關(guān)逆變器復(fù)雜。為此提出了一種控制簡(jiǎn)單的諧振極型軟開(kāi)關(guān)逆變器,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中沒(méi)有功率開(kāi)關(guān)器件,用原來(lái)硬開(kāi)關(guān)逆變器的SPWM控制方式就能自然實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件的零電流開(kāi)通和零電壓關(guān)斷,而且通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的儲(chǔ)能元件,在死區(qū)時(shí)間內(nèi),輸出相電流可以續(xù)流,降低了死區(qū)的影響,減小了輸出相電流在低頻時(shí)的畸變率。文中對(duì)其工作原理進(jìn)行了分析,最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了原理的正確性。
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為減小逆變器的開(kāi)關(guān)損耗,提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率,提出了一種新型軟開(kāi)關(guān)三相諧振極逆變器,并進(jìn)行了電路的動(dòng)態(tài)分析。該逆變器在直流母線之間串聯(lián)了三個(gè)電解電容,來(lái)穩(wěn)定直流母線電壓,同時(shí)限制諧振電容和開(kāi)關(guān)器件的承受的最大電壓。文中對(duì)三個(gè)電解電容在每個(gè)工作模式中的電壓變化進(jìn)行了詳細(xì)的動(dòng)態(tài)理論解析。理論解析表明負(fù)載電流變化時(shí),電解電容的電壓也會(huì)隨負(fù)載電流變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:直流母線間的三個(gè)電解電容的電壓變化符合理論分析,電解電容的電壓變化對(duì)輸出電壓基本沒(méi)有影響。
圖2為新型H電平軟開(kāi)關(guān)逆變器結(jié)構(gòu)圖,在原有T型H電平逆變器基礎(chǔ)上加入一個(gè)緩沖電感L,兩個(gè)緩沖電容C1、C2,四個(gè)二極管Dh1、Dh2、Dh3、Dh4構(gòu)成了新型H電平軟開(kāi)關(guān)逆變器。和現(xiàn)有的硬開(kāi)關(guān)H電平逆變器相比其可在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通、關(guān)斷過(guò)程中實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷、零電流導(dǎo)通。這樣可W有效減小開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)而提高逆變器效率。這種軟開(kāi)關(guān)同樣可W應(yīng)用于二極管鉗位式H電平逆變器中,本文主要分析其在T型H電平逆變器中的應(yīng)用。
對(duì)H電平軟開(kāi)關(guān)逆變器進(jìn)行一個(gè)總體概述,根據(jù)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)、輸出電壓及電流方向可以將H電平軟開(kāi)關(guān)逆變器工作狀態(tài)分為以下幾類(lèi),并列表如圖3所示。我們規(guī)定電流由逆變器流向負(fù)載時(shí)電流方向?yàn)檎?,反之電流由?fù)載流向逆變器時(shí)電流方向?yàn)樨?fù),緩沖電容左側(cè)電壓高于右側(cè)電壓為正。下表主要用來(lái)說(shuō)明在不同工況下所涉及的功率開(kāi)關(guān)器件及電容電壓變化。從上圖可看出H電平軟開(kāi)關(guān)逆變器具有四種電平開(kāi)關(guān)變換方式。每種電平以變化方式根據(jù)電流方向的不同又可分為兩種,但正電平與負(fù)電平不能直接變換 。
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的主要思想是通過(guò)在回路中加入緩沖電感、電容,通過(guò)電感、電容的諧振作用,使功率開(kāi)關(guān)器件兩端電壓或者電流為零。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)器件在零電流條件下動(dòng)作時(shí),稱(chēng)為零電流軟開(kāi)關(guān)(ZCS);在零電壓條件下動(dòng)作,稱(chēng)為零電壓軟開(kāi)關(guān)(ZVS)。由于開(kāi)關(guān)器件在零電流或零電壓條件下完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作不存在電流與電壓的積分,所以可以近似認(rèn)為其開(kāi)關(guān)損耗為零。圖1表示的為軟硬開(kāi)關(guān)模式下的電壓電流軌跡圖。圖中軌跡A、B和C、D分別表示硬開(kāi)關(guān)關(guān)斷、開(kāi)通和軟開(kāi)關(guān)開(kāi)通、關(guān)斷的軌跡,虛線部分則為開(kāi)關(guān)管的安全工作區(qū),陰影部分表示開(kāi)關(guān)損耗。
從圖中可以看出:
(1)功率開(kāi)關(guān)管器件工作在軟開(kāi)關(guān)條件下超出安全工作區(qū)的可能性大為減小,使得開(kāi)關(guān)管的工作環(huán)境大為改善,系統(tǒng)的安全性可靠性大為提高。
(2)由于開(kāi)關(guān)管的功率損耗P為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中的電壓與電流的積分。從圖中明顯的可以看出軟開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)損耗要遠(yuǎn)小于硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)損耗。
(3)巧于在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中不能達(dá)到理想情況下,會(huì)在主回路中產(chǎn)生各種寄生電感電容,又由于功率開(kāi)關(guān)管器件動(dòng)作速度極快,這就導(dǎo)致這些寄生參數(shù)在開(kāi)關(guān)管上產(chǎn)生過(guò)電壓或過(guò)電流的尖峰。而軟開(kāi)關(guān)由于可以將開(kāi)關(guān)管電壓或者電流鉗位到0,這樣可有效地減小開(kāi)關(guān)應(yīng)力,降低du/dt、di/dt,并且使得電磁干擾(EMI)得到有效的抑制。由于軟開(kāi)關(guān)具有上述優(yōu)點(diǎn)使其在PWM逆變器高頻化過(guò)程中得到很高的關(guān)注,也使得各國(guó)學(xué)者爭(zhēng)相研究各種軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
前言
第1章概述
第2章諧振直流環(huán)節(jié)軟開(kāi)關(guān)逆變器
第3章無(wú)刷直流電機(jī)專(zhuān)用諧振極軟開(kāi)關(guān)逆變器
第4章無(wú)刷直流電機(jī)逆變器的能耗分析
參考文獻(xiàn) 2100433B