一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法技术

本发明专利技术提供一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，逆变器包括换流电路、逆变桥、负载电路、控制电路和直流电源；该逆变器采用斜率正负交替的锯齿载波调制策略，将换流电路的动作频率降为传统的三角载波调制策略的1/6；在斜率正负交替的锯齿载波调制策略的基础上施用负载自适应换流控制方法，根据负载电流的大小动态调节换流开关管的开关时间，准确实现主功率开关管的软切换。本发明专利技术避免了换流电感电流的过零反向过程，延长逆变器的使用寿命；减少了换流电路过多的动作次数和多余的延迟时间，有效的提升了逆变器的直流母线电压利用率和效率。

A load adaptive commutation control method for a three-phase inverter with resonant DC link

The invention provides a three-phase resonant DC link inverter load adaptive commutation control method of inverter, including converter circuit, inverter circuit, control circuit, load and DC power supply; the inverter using sawtooth carrier modulation strategy of alternating positive and negative slope, the action frequency converter circuit is reduced to the traditional triangular carrier modulation strategy 1/6; based on sawtooth carrier modulation strategy on the slope of alternating load applying adaptive commutation control method, according to the switching time adjusting commutation switch size dynamic load current, accurate implementation of soft switch main power switch tube. The invention avoids the zero crossing reverse process of commutating inductance current, prolongs the service life of the inverter, reduces the excessive action times of the commutation circuit and the extra delay time, and effectively improves the DC bus voltage utilization ratio and efficiency of the inverter.

【技术实现步骤摘要】
一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法
本专利技术涉及逆变器
，尤其涉及一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法。
技术介绍
随着逆变器在电机驱动、不间断电源、新能源并网等诸多领域的广泛应用，使用者对其体积、重量、变换效率、功率密度等性能指标提出了越来越高的要求，而实现逆变器小型化、轻量化、高效率、高功率密度的最直接方法就是提高逆变器的开关频率。但是单纯的提高通过开关频率又会增大逆变器的开关损耗，并且带来严重的电磁干扰(EMI)问题。因此，软开关逆变技术应运而生。软开关逆变器最早由美国威斯康星大学的D.M.Divan(迪万)博士在1989年提出，由于Divan博士提出的拓扑中谐振电路位于直流电源侧，因此称其为谐振直流环节软开关逆变器。谐振直流环节软开关逆变器在实现逆变器小型化、轻量化的同时，也成功的降低了开关损耗并且通过减小电压变化率dv/dt和电流变化率di/dt的方式抑制了电磁干扰问题。但传统的谐振直流环节软开关逆变器普遍存在开关器件电压应力较大；谐振电压峰值较高；电压过零点与逆变器开关方法难以同步，使逆变器输出大量谐波等问题；为了解决上述问题，国内外的学者们提出了并联谐振直流环节软开关逆变器。但是这些并联谐振直流环节软开关逆变器也存在一些问题，例如有些回路的谐振网络需设置电感电流阈值或进行电容预充电，给电路在全负载范围内实现软开关动作带来了困难；有些回路使用耦合电感，从而增加了谐振直流环节逆变器的体积、重量与成本；有些回路含有大容量电解电容，从而导致了逆变器的中性点电位变化的问题。《中国电机工程学报》2008年第28卷第12期公开了“电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器”，该逆变器的拓扑结构如图1所示。该谐振直流环节逆变器的换流电路包括母线开关管V1，两个换流开关管V2和V3，三个辅助换流电容C1、C2和Cr，1个换流电感Lr和六个二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6。该逆变器既克服了传统PWM逆变器开关损耗大、电磁干扰严重的缺点，又具有以下优点：①所有开关管均为零电压或零电流开关；②不需要对谐振元件设置相关阈值；③逆变桥的续流二极管也是软关断，克服了反向恢复问题；④可以实现PWM调制。但该逆变器仍然存在不足之处：①该逆变器的换流电路使用一个换流电感，存在电感电流的过零反向过程，由于磁滞的原因，会让电感线圈产生磁滞损耗并且磁饱和，缩短了逆变器的使用寿命；②该逆变器采用传统的三角载波调制策略，在一个开关周期内，为实现主功率开关管的软切换，换流电路需要动作6次，过多的动作次数会造成直流母线电压利用率的大幅降低和换流电路传输损耗的急剧上升；③该逆变器采用传统的定时间控制方法，多余的延迟时间会进一步降低直流母线电压的利用率，同时增加换流电路的传输损耗。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，避免了换流电感电流的过零反向过程，延长逆变器的使用寿命，准确实现主功率开关管的软切换。本专利技术提供一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，所述谐振直流环节三相逆变器包括：换流电路、逆变桥、负载电路、控制电路和直流电源；所述换流电路包括母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管，第一换流电感、第二换流电感、主换流电容、第一辅助换流电容、第二辅助换流电容、母线开关管的反并联二极管、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管和第四辅助二极管；母线开关管的集电极连接直流电源的正极，母线开关管的发射极连接逆变桥；主换流电容的正极连接母线开关管的集电极和第一换流开关管的集电极，主换流电容的负极连接母线开关管的发射极；第一换流开关管的发射极连接第一换流电感的一端，第一换流电感的另一端连接母线开关管的发射极，第二换流开关管的发射极连接直流电源的负极，第二换流开关管的集电极连接第二换流电感的一端，第二换流电感的另一端连接母线开关管的发射极；第一辅助二极管的阴极连接第一换流开关管的发射极，第一辅助二极管的阳极连接第一辅助换流电容的负极，第一辅助换流电容的正极和第二辅助换流电容的负极均连接母线开关管的发射极，第二辅助换流电容的正极连接第二辅助二极管的阴极，第二辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的集电极；第三辅助二极管的阴极连接母线开关管的集电极，第三辅助二极管的阳极连接第二辅助换流电容的正极，第四辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的发射极，第四辅助二极管的阴极连接至第一辅助换流电容的负极；母线开关管的反并联二极管的阳极连接母线开关管的发射极，母线开关管的反并联二极管的阴极连接母线开关管的集电极；所述逆变桥为三相逆变桥，每相逆变桥包括第一主功率开关管、第一主功率开关管的反并联续流二极管、第一主功率开关管的并联缓冲电容、第二主功率开关管、第二主功率开关管的反并联续流二极管和第二主功率开关管的并联缓冲电容；每相逆变桥中的第一主功率开关管的发射极连接第二主功率开关管的集电极，以第一主功率开关管与第二主功率开关管的连接点处的引出线为单相交流电输出端；各相逆变桥的第一主功率开关管的集电极相互连接，作为逆变桥的正端，各相逆变桥的第二主功率开关管的发射极相互连接，作为逆变桥的负端；所述负载电路为三相阻感性负载，三相负载中的电阻一端分别连接三相逆变桥的三个单相交流电输出端，同时三个单相交流电输出端输出的相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；所述直流电源的负极连接逆变桥的负端，直流电源的正极连接换流电路中母线开关管的集电极，母线开关管的发射极连接逆变桥的正端；所述母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的门极均与现有的控制电路相连接，由控制电路发出的信号控制母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的开通与关断，同时各相的输出相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；采用斜率正负交替的锯齿波代替传统的三角波作为载波的调制策略对所述谐振直流环节三相逆变器进行调制，将换流电路的动作频率降为传统的三角载波调制策略的1/6。在本专利技术的谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法中，所述采用斜率正负交替的锯齿波代替传统的三角波作为载波具体为：以斜率正负交替的锯齿载波代替传统的三角载波，锯齿载波的斜率的大小不变，锯齿载波的斜率的方向随输出相电流的方向改变；输出相电流的方向为正，锯齿载波的斜率的方向为正；输出相电流的方向为负，锯齿载波的斜率的方向为负。在本专利技术的谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法中，控制方法具体为：(1)第二换流开关管的开通时刻比锯齿载波垂直沿来临的时刻提前Ta时间，第二换流开关管开通的同时母线开关管关断，锯齿载波垂直沿来临的同时第二换流开关管关断；第一换流开关管的开通时刻比锯齿载波垂直沿来临的时刻延迟Tb时间，母线开关管的开通时刻比锯齿载波垂直沿来临的时刻延迟Tc时间，母线开关管开通的同时第一换流开关管关断；逆变桥各主功率开关管按照SPWM(正弦脉宽调制)、相位差180°的互补开通方式工作；(2)根据负载电流Io的大小动态调节延迟时间Ta、Tb、Tc，使直流母线电压为零的时刻恰好是主功率开关管的换流时刻，准确实现相应主功率开关管的软切换。在本专利技术的谐振直流环节三相逆变器的负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，其特征在于，所述谐振直流环节三相逆变器包括：换流电路、逆变桥、负载电路、控制电路和直流电源；所述换流电路包括母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管，第一换流电感、第二换流电感、主换流电容、第一辅助换流电容、第二辅助换流电容、母线开关管的反并联二极管、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管和第四辅助二极管；母线开关管的集电极连接直流电源的正极，母线开关管的发射极连接逆变桥；主换流电容的正极连接母线开关管的集电极和第一换流开关管的集电极，主换流电容的负极连接母线开关管的发射极；第一换流开关管的发射极连接第一换流电感的一端，第一换流电感的另一端连接母线开关管的发射极，第二换流开关管的发射极连接直流电源的负极，第二换流开关管的集电极连接第二换流电感的一端，第二换流电感的另一端连接母线开关管的发射极；第一辅助二极管的阴极连接第一换流开关管的发射极，第一辅助二极管的阳极连接第一辅助换流电容的负极，第一辅助换流电容的正极和第二辅助换流电容的负极均连接母线开关管的发射极，第二辅助换流电容的正极连接第二辅助二极管的阴极，第二辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的集电极；第三辅助二极管的阴极连接母线开关管的集电极，第三辅助二极管的阳极连接第二辅助换流电容的正极，第四辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的发射极，第四辅助二极管的阴极连接至第一辅助换流电容的负极；母线开关管的反并联二极管的阳极连接母线开关管的发射极，母线开关管的反并联二极管的阴极连接母线开关管的集电极；所述逆变桥为三相逆变桥，每相逆变桥包括第一主功率开关管、第一主功率开关管的反并联续流二极管、第一主功率开关管的并联缓冲电容、第二主功率开关管、第二主功率开关管的反并联续流二极管和第二主功率开关管的并联缓冲电容；每相逆变桥中的第一主功率开关管的发射极连接第二主功率开关管的集电极，以第一主功率开关管与第二主功率开关管的连接点处的引出线为单相交流电输出端；各相逆变桥的第一主功率开关管的集电极相互连接，作为逆变桥的正端，各相逆变桥的第二主功率开关管的发射极相互连接，作为逆变桥的负端；所述负载电路为三相阻感性负载，三相负载中的电阻一端分别连接三相逆变桥的三个单相交流电输出端，同时三个单相交流电输出端输出的相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；所述直流电源的负极连接逆变桥的负端，直流电源的正极连接换流电路中母线开关管的集电极，母线开关管的发射极连接逆变桥的正端；所述母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的门极均与现有的控制电路相连接，由控制电路发出的信号控制母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的开通与关断，同时各相的输出相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；采用斜率正负交替的锯齿波代替传统的三角波作为载波的调制策略对所述谐振直流环节三相逆变器进行调制，将换流电路的动作频率降为传统的三角载波调制策略的1/6。...

【技术特征摘要】
1.一种谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，其特征在于，所述谐振直流环节三相逆变器包括：换流电路、逆变桥、负载电路、控制电路和直流电源；所述换流电路包括母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管，第一换流电感、第二换流电感、主换流电容、第一辅助换流电容、第二辅助换流电容、母线开关管的反并联二极管、第一辅助二极管、第二辅助二极管、第三辅助二极管和第四辅助二极管；母线开关管的集电极连接直流电源的正极，母线开关管的发射极连接逆变桥；主换流电容的正极连接母线开关管的集电极和第一换流开关管的集电极，主换流电容的负极连接母线开关管的发射极；第一换流开关管的发射极连接第一换流电感的一端，第一换流电感的另一端连接母线开关管的发射极，第二换流开关管的发射极连接直流电源的负极，第二换流开关管的集电极连接第二换流电感的一端，第二换流电感的另一端连接母线开关管的发射极；第一辅助二极管的阴极连接第一换流开关管的发射极，第一辅助二极管的阳极连接第一辅助换流电容的负极，第一辅助换流电容的正极和第二辅助换流电容的负极均连接母线开关管的发射极，第二辅助换流电容的正极连接第二辅助二极管的阴极，第二辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的集电极；第三辅助二极管的阴极连接母线开关管的集电极，第三辅助二极管的阳极连接第二辅助换流电容的正极，第四辅助二极管的阳极连接第二换流开关管的发射极，第四辅助二极管的阴极连接至第一辅助换流电容的负极；母线开关管的反并联二极管的阳极连接母线开关管的发射极，母线开关管的反并联二极管的阴极连接母线开关管的集电极；所述逆变桥为三相逆变桥，每相逆变桥包括第一主功率开关管、第一主功率开关管的反并联续流二极管、第一主功率开关管的并联缓冲电容、第二主功率开关管、第二主功率开关管的反并联续流二极管和第二主功率开关管的并联缓冲电容；每相逆变桥中的第一主功率开关管的发射极连接第二主功率开关管的集电极，以第一主功率开关管与第二主功率开关管的连接点处的引出线为单相交流电输出端；各相逆变桥的第一主功率开关管的集电极相互连接，作为逆变桥的正端，各相逆变桥的第二主功率开关管的发射极相互连接，作为逆变桥的负端；所述负载电路为三相阻感性负载，三相负载中的电阻一端分别连接三相逆变桥的三个单相交流电输出端，同时三个单相交流电输出端输出的相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；所述直流电源的负极连接逆变桥的负端，直流电源的正极连接换流电路中母线开关管的集电极，母线开关管的发射极连接逆变桥的正端；所述母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的门极均与现有的控制电路相连接，由控制电路发出的信号控制母线开关管、第一换流开关管、第二换流开关管和逆变桥中各主功率开关管的开通与关断，同时各相的输出相电流经传感器采样后作为输入信号分别输入控制电路；采用斜率正负交替的锯齿波代替传统的三角波作为载波的调制策略对所述谐振直流环节三相逆变器进行调制，将换流电路的动作频率降为传统的三角载波调制策略的1/6。2.如权利要求1所述的谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，其特征在于，所述采用斜率正负交替的锯齿波代替传统的三角波作为载波具体为：以斜率正负交替的锯齿载波代替传统的三角载波，锯齿载波的斜率的大小不变，锯齿载波的斜率的方向随输出相电流的方向改变；输出相电流的方向为正，锯齿载波的斜率的方向为正；输出相电流的方向为负，锯齿载波的斜率的方向为负。3.如权利要求2所述的谐振直流环节三相逆变器的负载自适应换流控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚恩辉，李思，王晓标，王长凯，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21