一種新型軟開關(guān)SRM功率電路及其控制時(shí)序
孟潤(rùn)泉，王振民，卜慶華
(太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院，太原030024)
摘要：為了消除或降低功率變換器中電力電子器件的開關(guān)損耗，抑制開關(guān)過(guò)程帶來(lái)的電磁干
擾，提出一種軟開關(guān)型開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)功率變換器主電路。電路采用并聯(lián)型準(zhǔn)諧振直流
環(huán)節(jié)為SlIM相開關(guān)開通提供零電壓條件，給相開關(guān)并聯(lián)電容器則保證了相開關(guān)的零電壓關(guān)斷。在介紹主電路拓?fù)浠A(chǔ)上，分析了電路的控制時(shí)序及工作模式轉(zhuǎn)換，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了控制時(shí)序的正確性和電路的軟開關(guān)性能。
關(guān)鍵詞：軟開關(guān)；開關(guān)磁阻電機(jī)；功率變換器；控制時(shí)序
0引 言
由于開關(guān)器件的開關(guān)特性不理想，開關(guān)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生損耗。開關(guān)損耗不僅會(huì)降低系統(tǒng)整體效率，導(dǎo)致器件發(fā)熱、壽命縮短甚至燒毀，是造成開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(SRD)故障的主要原因。另外為了提高SRD系統(tǒng)的詞速性能，須通過(guò)提高變換器中功率器件的開關(guān)頻率達(dá)到對(duì)繞組電流更精準(zhǔn)的控制，但開關(guān)損耗會(huì)隨開關(guān)頻率的提高而線性增大[1-2]，帶來(lái)的電磁干擾(EMI)也愈加嚴(yán)重。為此，本文將一種并聯(lián)準(zhǔn)諧振直流環(huán)節(jié)電路(PQRDCL)引入到SRM功率電路的設(shè)計(jì)中[3]，以期借助軟開關(guān)技術(shù)降低器件的開關(guān)損耗和開關(guān)過(guò)程中器件所承受的電應(yīng)力，抑制開關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的EMI，以進(jìn)一步提高SRD系統(tǒng)的可靠性，調(diào)速性能和整機(jī)效率，并為向高速和大容量方面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
1 電路結(jié)構(gòu)與軟開關(guān)原理
1．1電路結(jié)構(gòu)
圖1所示為新型軟開關(guān)SRM功率變換器的等效電路，由電源、SRM相繞組驅(qū)動(dòng)電路及介于兩者之間的零電壓直流環(huán)節(jié)電路三部分組成。電源由三相橋式整流、電容濾波后供出。SRM相繞組驅(qū)動(dòng)電路采用一種主開關(guān)器件最少型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中La,Lb,Lc,Ld分別為SRM的四相繞組，T1～T4是作為相開關(guān)的電力電子器件，分別給它們并聯(lián)了電容c1～c4，因電容電壓不能突變，所以能保證T1～T4在任何時(shí)刻關(guān)斷均為零電壓軟關(guān)斷。D1～D4分別為各相繞組的續(xù)流二極管。零電壓直流環(huán)節(jié)電路采用并聯(lián)型準(zhǔn)諧振直流環(huán)節(jié)，由諧振電容CT、諧振電感Lr、輔助開關(guān)管Ts、Tp1,Tp2及二極管Ds，Dp1,Dp2構(gòu)成。PQRDcL具有起振、停振控制容易、電感功耗相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn)。
1．2軟開關(guān)原理
相繞組驅(qū)動(dòng)電路中上臂兩管T1、T2分別由各自的換相邏輯信號(hào)和PwM信號(hào)相與后控制，而下臂的T3、T4僅由換相邏輯控制。功率電路的工作可分為某相繞組電流的斬波和換相兩個(gè)過(guò)程。
繞組電流斬渡過(guò)程中電路有兩種狀態(tài)，以a相繞組為例：①T1、T3均開通，La通電；②T1關(guān)斷，T3保持通態(tài)，La中電流經(jīng)D1、T3續(xù)流。當(dāng)電路從狀態(tài)①向狀態(tài)②轉(zhuǎn)移時(shí)，并聯(lián)的電容c1保證了V1零電壓軟關(guān)斷；從狀態(tài)②向狀態(tài)①轉(zhuǎn)移時(shí)，D1正處于導(dǎo)通狀態(tài)，PN兩極電壓近似相等，從而使T，集電極與發(fā)射極間電壓近似等于母線電壓，若此時(shí)由PQRDcL諧振給母線電壓產(chǎn)生零電壓間隙，則可實(shí)現(xiàn)T1的零電壓開通。
在換相過(guò)程中，因待開通相的電流為零，又于PQRDcL產(chǎn)生諧振槽，迫使母線電壓為零并將相開關(guān)所并電容中的能量釋放，而繞組電感電流又不能突變，所以待開通相的開關(guān)動(dòng)作屬零電壓兼零電流軟開通。
2諧振控制時(shí)序及工作模式分析
以a相繞組電流斬波過(guò)程為例分析電路的控制時(shí)序和工作模式。斬渡過(guò)程中T3一直開通，T1在PwM信號(hào)控制下不停地通斷以調(diào)節(jié)La中的電流ia，與此同時(shí)，輔助開關(guān)管Ts、Tp1、Tp2受控按照一定時(shí)序動(dòng)作，協(xié)助cr、Lr完成諧振，給T1軟開通創(chuàng)造零電壓條件。若將T1從一次關(guān)斷到下一次關(guān)斷定義為一個(gè)斬波周期，圖2所示為一個(gè)斬波周期的控制
時(shí)序及準(zhǔn)諧振波形。圖中，u g1為T 1觸發(fā)信號(hào)，u gs為T s觸發(fā)信號(hào)，u gp為T pl、T p2的 |
