高頻脈沖交流環(huán)節(jié)逆變器電路拓?fù)渥寮捌潆p極性移相控制策略研究

式中：Ts為開關(guān)周期。

由于移相角θ和共同導(dǎo)通時(shí)間DTs/2均按正弦規(guī)律變化，且輸出濾波器前端電壓uDC為雙極性SPWM波，因此這種控制方式稱為雙極性移相控制。調(diào)節(jié)移相角θ可以實(shí)現(xiàn)輸入電壓或負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定。

2.2 穩(wěn)態(tài)分析

設(shè)變壓器原、副邊漏感相等，即Llk1=Llk2=Llk3=Llk。一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)逆變器有12種工作模式，如圖3所示。

（a）一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的穩(wěn)態(tài)原理波形

（b）t=t1～t2

（c）t=t2～t3

（d）t=t3～t4～t5

（e）t=t5～t6

（f）t=t6～t7～t8

圖3 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的穩(wěn)態(tài)原理波形

1）t=t1～t2：t1時(shí)刻，功率開關(guān)S1及S4實(shí)現(xiàn)了ZVS開通，輸出濾波電感電流iLf經(jīng)功率開關(guān)S7及S8續(xù)流，交流側(cè)能量經(jīng)D1及D4回饋到直流電源，如圖3（b）所示。

2）t=t2～t3：t2時(shí)刻S5實(shí)現(xiàn)了ZCS開通，在此換流重疊期間，iLf由S7、S8和S5、S6兩路流通，i2快速增長，i3快速下降；i1快速由負(fù)轉(zhuǎn)換為正，如圖3（c）所示。設(shè)變壓器原邊繞組感應(yīng)電動(dòng)勢為e，則有

e=Ui－Llk1=uACN1/N2=－uBCN1/N2（2）
uAC－Llk2=uDC=Lf＋uo（3）

uBC－Llk3=uDC=Lf＋uo（4）

i2＋i3=iLf（5）

i1=(i2－i3)N2/N1＋iM（6）

設(shè)磁化電感LM和輸出濾波電感Lf均遠(yuǎn)大于漏感，磁化電流iM忽略不計(jì)，在換流重疊期間內(nèi)iLf變化率很小，則可得

－uAC＋2Llk－Llk＋uBC=－2e＋2Llk=0（7）

e=Ui－2Llk＋Llk－Llk=Ui－2Llk（8）

e==Llk=－Llk（9）

由式（9）可知，i2及i3的變化率為N1Ui/（3N2Llk），i1的變化率為2Ui/(3Llk)，D、C兩點(diǎn)電位相等。當(dāng)i2上升到iLf值時(shí)，i3下降到零。由于開關(guān)S8的阻斷，i3下降到零后不能負(fù)向增長，式（9）不再成立，開關(guān)S7與S5之間實(shí)現(xiàn)了ZCS軟換流。由式（9）可知，換流重疊時(shí)間tco為

tco(>=)t3－t2=3ILfm（10）

式中：ILfm為額定負(fù)載時(shí)濾波電感電流的峰值。

3）t=t3～t4：t3時(shí)刻，開關(guān)S5及S7之間軟換流結(jié)束。iLf經(jīng)S5及S6流通，i1經(jīng)S1及S4流通，能量從直流側(cè)傳遞到交流側(cè)，如圖3（d）所示。

4）t=t4～t5：t4時(shí)刻，開關(guān)S7零電流關(guān)斷，如圖3（d）所示。

5）t=t5～t6：t5時(shí)刻，開關(guān)S1及S4 ZVS關(guān)斷，C1及C4充電，C2及C3放電。開關(guān)S2及S3的漏源電壓uDS2、uDS3下降，如圖3（e）所示。

6）t=t6～t7：t6時(shí)刻uDS2及uDS3下降到零，然后，i1經(jīng)D2及D3續(xù)流，變壓器原邊漏感能量和交流側(cè)能量均回饋到直流電源，如圖3（f）所示。t7時(shí)刻，S2及S3零電壓開通。

t7時(shí)刻以后的半個(gè)開關(guān)周期工作過程與前半及其開關(guān)狀態(tài)等值電路個(gè)開關(guān)周期相似。

3 仿真與原理試驗(yàn)

設(shè)計(jì)實(shí)例：全橋全波式電路極性移相控制策略，額定容量S=1kVA，輸入電壓（直流）Ui=270（1±10％）V，輸出電壓（交流）Uo=115V，輸出電壓頻率fo=400Hz，負(fù)載功率因數(shù)－0.75～0.75，開關(guān)頻率fs=50kHz，匝比N1/N2=22/22，濾波電感Lf=1mH，濾波電容Cf=4.7μF/250V。3．1仿真結(jié)果與討論

不同輸入電壓、不同負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)仿真波形，如圖4所示。圖4（e）中，uGS1、uGS2、uGE5、uGE7分別為功率開關(guān)S1、S2、S5、S7的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。濾波器前端電壓uDC為三電平雙極性SPWM波；功率開關(guān)S1～S4實(shí)現(xiàn)了ZVS，功率開關(guān)S5～S8實(shí)現(xiàn)了ZCS；逆變器具有良好的負(fù)載適應(yīng)能力和穩(wěn)壓性能。仿真結(jié)果與理論分析一致。

（a）額定輸入電壓、額定電阻性負(fù)載

（b）額定輸入電壓、空載

（c）90％額定輸入電壓、額定感性負(fù)載