新型软开关变频器研究
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摘要
本文在分析软开关逆变技术的发展历史与研究现状的前提下，选择了直流母线零电压过渡软开关逆变电路和谐振极软开关逆变电路作为研究对象，分析了上述两种软开关逆变电路的工作原理和工作过程，同时针对直流母线零电压过渡软开关逆变电路中存在问题和不足提出了解决方案和改进策略。
在对两种逆变器主电路及控制方法进行理论分析的基础上，采用PSIM软件对其进行了仿真，验证了控制方法和谐振电路参数选择的正确性，完成了由这两种逆变器加上整流电路和控制电路、驱动电路以及故障保护电路构成的整个变频器系统的设计。最后形成了上述两个软开关变频器样机并对其进行了实验，实验结果证明了电路拓扑的可行性、理论分析的正确性以及参数设计的合理性，且这两个电路均能较好地实现软开关，减少了电路损耗，提高了系统的效率。
On the basis of analyzing the developing history and present status of soft-switching technique, DC-rail zero voltage transition soft-switching inverter circuit and resonant pole inverter circuit are selected as the study object in this paper. The operating principle and process of these two soft-switching inverter circuits are analyzed in detail, simultaneously, aiming at the problem and deficiency existing in DC-rail zero voltage transition soft-switching inverter circuit, deeply study is given and solving schemes are proposed.
This paper analyzing the main circuits and their control methods theoretically, then the simulations are given with PSIM software and the correctness of control methods and parameters selection is verified, and completing the systemic design of whole system including main power circuits, rectifier circuits, control circuits, drive circuits and the necessary trouble protected circuits. Finally, the above-mentioned two soft-switching inverter prototypes are made and tested, and the experimental results show the feasibility of circuit topologies, the correctness of theoretical analysis, and the rationality of parameter design. And that, these two circuits can realize the aim of soft-switching, reduce the circuit losses and increase the system efficiency.
在对两种逆变器主电路及控制方法进行理论分析的基础上，采用PSIM软件对其进行了仿真，验证了控制方法和谐振电路参数选择的正确性，完成了由这两种逆变器加上整流电路和控制电路、驱动电路以及故障保护电路构成的整个变频器系统的设计。最后形成了上述两个软开关变频器样机并对其进行了实验，实验结果证明了电路拓扑的可行性、理论分析的正确性以及参数设计的合理性，且这两个电路均能较好地实现软开关，减少了电路损耗，提高了系统的效率。
On the basis of analyzing the developing history and present status of soft-switching technique, DC-rail zero voltage transition soft-switching inverter circuit and resonant pole inverter circuit are selected as the study object in this paper. The operating principle and process of these two soft-switching inverter circuits are analyzed in detail, simultaneously, aiming at the problem and deficiency existing in DC-rail zero voltage transition soft-switching inverter circuit, deeply study is given and solving schemes are proposed.
This paper analyzing the main circuits and their control methods theoretically, then the simulations are given with PSIM software and the correctness of control methods and parameters selection is verified, and completing the systemic design of whole system including main power circuits, rectifier circuits, control circuits, drive circuits and the necessary trouble protected circuits. Finally, the above-mentioned two soft-switching inverter prototypes are made and tested, and the experimental results show the feasibility of circuit topologies, the correctness of theoretical analysis, and the rationality of parameter design. And that, these two circuits can realize the aim of soft-switching, reduce the circuit losses and increase the system efficiency.
引文
[1] 王聪，软开关功率变换器及其应用，第一版，北京，科学出版社，2000
[2] Maria D. Bellar, A Review of Soft-Switched DC-AC Converters, IEEE Trans. On Ind．Appl., Vol. 34, No. 4, 1998
[3] 陈国呈，PWM变频调速及软开关电力变换技术，第一版，北京，机械工业出版社，2001.3
[4] J. S. Lai, R. W. Young and G. W. Ott, A Delta-Configured Auxiliary Resonant Snubber Inverter IEEE Trans. Ind. Appl, Vol. 32, No. 3, 1996
[5] 李永东、倚鹏，大功率高性能逆变器技术发展综述，电气传动，2000年，Vol.30,N0.6
[6] 黄宇清、谢运祥、周炼，软开关技术发展现状述评，电气自动化，2001年，Vol.23, No.1
[7] 明正峰，钟彦儒，宁耀斌等．一种新的直流母线并联谐振零电压过渡三相PWM电压源逆变器．电工技术学报，2001，16(6)，31～35
[8] 明正峰、钟彦儒，准谐振直流环节三相逆变器的最新发展和应用，电力电子技术，2000年4月，第2期
[9] 明正峰，钟彦儒，宁耀斌等．一种新的直流母线并联谐振零电压过渡三相PWM电压源逆变器[J]．电工技术学报，2001，16(6)，31～35
[10] 贾正春，马志源，电力电子学(第七章)，第一版，北京，中国电力出版社，2001
[11] 蒋发标、徐国卿、沈祥林，一种谐振DC环逆变器损耗分析及参数选择，电气传动自动化，2001年4月，Vol．23,No.2，pp3～6
[12] 周洁敏，陶云刚，零电压谐振开关变换器的分析与设计，电气自动化，2000，Vol.22，No.2
[13] 陆治国，电源的计算机仿真技术，第一版，北京，科学出版社，2001.4
[14] 马小亮，大功率交-交变频调速及矢量控制技术，第二版，北京，机械工业出版社，1996
[15] 李爱文，张承慧，现代逆变技术及其应用，北京，科学出版社，2000
[16] 赵良炳，现代电力电子技术基础，清华大学出版社，1995.5
[17] 黄俊，王兆安，电力电子变流技术，第三版，北京，机械工业出版社，1996
[18] 刘竞成，交流调速系统，上海，上海交通大学出版社，1984
[19] 王兆安，黄俊，电力电子技术，第四版，北京，机械工业出版社，2000
[20] 张立，黄两一，电力电子场控器件及其应用，北京，机械工业出版社，1996
[21] 第三代IGBT和智能功率模块应用手册，三菱电机
[22] B.K.博斯，电力电子学与变频传动技术和应用，姜建国等译，中国矿业大学出版社，1999年9月
[23] Jong-Lick Lin, Hsin-Ying Hsieh, Dynamics Analysis and Controller Synthesis for Zero-Voltage-Transition PWM Power Converters, IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 15, No. 2
[24] 谭建成，电机控制专用集成电路，北京，机械工业出版社，1997.7
[25] 吴守箴，臧英杰，电气传动的脉宽调制技术，北京，机械工业出版社，1995.1
[26] 柯南，非常电路图设计Prote199之Schematic，北京，中国铁道出版社，2002.2
[27] 李宏等，浅谈大功率晶体管的驱动问题，中国第一届交流电机调速传动学术会议论文集，1989
[28] 冯垛生，张淼，变频器的应用与维护，华南理工大学出版社，2001.9
[29] 满永奎，韩安荣，吴成东，通用变频器及其应用，北京，机械工业出版社，1995.8
[30] 吴忠智，吴加林，变频器应用手册，北京，机械工业出版社，1995.7
[31] 从望，郭镇明，电机学，哈尔滨工业大学出版社，1996.1
[32] 周绍英，储方杰，交流调速系统，北京，机械工业出版社，1996.9
[33] 王立宁，乐光新，詹菲，MATLAB与通信仿真，第一版，人民邮电出版社，2000.1
[34] 贾建强，韩如龙，左龙，基于MATLAB／SIMULINK的交流电机调速系统建模与仿真，电机与控制学报，2000.6,Vol.4,No.2
[35] William McMurray, Resonant Snubbers with Auxiliary Switches, IEEE Trans. on Industry Application. Vol. 29, No. 2, March/April 1993, 355～361
[36] Jin-Sheng Lai Resonant Snubber-Based Soft-Switching Inverter for Electric Propulsion Drives ,IEEE Transaction on industrial electronics, Vol. 44, No.1, Feb. 1997
[37] Akio roba, Toshihisa, Gunji Kimura, Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter using Two Internal Voltage-Points of DC source, IEEE Trans. on Ind. Ele.,Vol. 45, No. 2, April 1998
[38] 明正峰，钟彦儒，韩大勇，一种用于电机驱动的极谐振ZVT-PWM 三相逆变器，电机与控制学报，2001年，Vol.5，No.4
[39] 明正峰，钟彦儒，宁耀斌，极谐振软开关过渡三相 PWM 逆变器研究新进展，电源技术应用，2000年，Vol.3，N0.14
[40] 明正峰、钟彦儒，极谐振软开关过渡三相PWM逆变器研究新进展，电源技术应用，2000年4月，pp145～148
[41] 李夙．异步电机直接转矩控制．北京：机械工业出版社，1994
[42] 赵伟峰，朱承高．直接转矩控制的发展现状及前景，电气传动，1999，3～6
[43] 陶红明，龚春文．基于DSP的全数字化异步电动机直接转矩控制系统．电气传动，1997(4)，3～6
[44] 黄念慈，崔颖博．谐振直流环异步电机直接转矩控制系统．电力电子技术，1998(4)，11～14
[45] 李发海，王岩．电机与拖动基础．清华大学出版社，1994第二版
[46] Braz J. Cardoso Filho and Thomas A. Lipo, Space-Vector Analysis and Modulation Issues of Passively Clamped Quasi-Resonant Inverters, IEEE Tran. lnd. Appl, Vol. 34, No. 4
[2] Maria D. Bellar, A Review of Soft-Switched DC-AC Converters, IEEE Trans. On Ind．Appl., Vol. 34, No. 4, 1998
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[37] Akio roba, Toshihisa, Gunji Kimura, Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter using Two Internal Voltage-Points of DC source, IEEE Trans. on Ind. Ele.,Vol. 45, No. 2, April 1998
[38] 明正峰，钟彦儒，韩大勇，一种用于电机驱动的极谐振ZVT-PWM 三相逆变器，电机与控制学报，2001年，Vol.5，No.4
[39] 明正峰，钟彦儒，宁耀斌，极谐振软开关过渡三相 PWM 逆变器研究新进展，电源技术应用，2000年，Vol.3，N0.14
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