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大功率谐振过渡软开关技术变频器研究

2012-12-12 16:56:47 3586 变频器

0 　　摘要：对传统硬开关技术大功率变频器的特点，目前大功率变频器研究中存在的问题，大功率谐振过渡软开关变频器的研究目标，降低功率器件开关损耗的途径，软开关技术变频器拟实现的有关性能指标等方面的问题进行了概述。　　关键词：大功率变频器；谐振过渡；软开关　　在电力传动领域里，随着电力电子技术的不断完善和工业领域对大功率，高质量变频器日益迫切的需求，大功率变频装置的研究成为科研、开发的热点，也是电力电子变换技术在电力驱动方面科研成果转化的重点之一。　　1 大功率变频器的特点　　对于传统的硬开关技术变频器，由于功率器件的发展，已经形成了比较成熟的电路和控制方法。但对于大功率变频装置来说，有着它自己的特点。　　1）主电路功率器件上的电流大如果不考虑高电压的问题，大功率变频装置的输入电压和输出电压额定值通常为三相交流380V的电压，与小功率的一样，但由于功率较大，所以主电路中的电流很大，可达到数十A到数百A，这就给电路拓扑的选择、电路元器件的设计和制造带来了很多特殊问题。诸如直流母线的设计、吸收电路的设计等。　　2）电路的耗散功率大，散热问题严重由于变频器功率很大，相对来说，电路损耗的绝对值很大，因此，变频器的热设计变得十分重要。如何降低发热量，改善散热条件，降低热阻是需要认真对待的问题。通常情况下需要采用强制风冷的措施。　　3）可性要求高，需要完善的自保护和负载保护功能由于大功率变频器主电路元器件的成本较高，而且负载电机的制造成本也很高，一旦出现故障影响很大，因此，对可性的要求很高。一般情况下，在提高变频器可*性的措施中，一方面在于设计中留有足够的裕量和制造过程中的严格把关，另一方面需要在设计中考虑到各种故障可能，并采用相应的保护措施，避免危及变频器本身及负载电机的安全。对变频器本身的保护内容包括输入过压、输入欠压，系统过热，系统过流等；对负载电机的保护包括输出过压，输出欠压，输出过流等。　　4）控制功能的不断增加所有控制方法的最终目的应该是保证负载电机按设定转速，设定转矩运行，有速度传感器的PID调节，矢量控制，直接转矩控制以及现代控制理论（自适应控制、模糊控制、神经网络控制等）的应用。还有涉及到变频器本身的死区补偿，空间矢量调制等细节性的算法等。　　2 目前大功率变频器的研究特点　　虽然目前传统硬开关技术大功率变频装置的设计和制造已经能够满足一般的工业生产中电力驱动的要求，但也还存在着许多需要探索的地方。　　1）开关频率的提高很久以来，人们已经认识到，如果能将变频器中功率器件的开关频率在原有基础上进一步大大提高，将会带来一系列好处。如输出波形中的低次谐波被更有效地抑制，输出电压和电流将更趋于正弦波形，滤波器的尺寸将大大缩小等，变频器，特别是大功率的变频器，功率密度和性能将会得到很大的改善。　　2）开关损耗的减少由于大功率变频器功率器件开关过程损耗的绝对值很大，当需要提高开关频率时，这种开关损耗将会更加明显，所以，大部分的大功率变频器中功率器件的开关频率都在几个kHz。在某些特殊用途的变频装置里，要求输出频率远远超过工频，达到几个kHz（2kHz～5kHz），此时的开关频率必须达到几十kHz，所以，在变频装置中如何减少开关频率提高时的开关损耗，也是一个迫切需要解决的问题。　　3）吸收电路的改善一般情况下，三相变频器中需要6个大功率开关器件，在传统的强迫换流（硬开关）条件下，和小功率变频器不同，每一个开关器件或者一个逆变桥臂上都需要一个吸收电路，此时的吸收电路需要较大电阻、电容和二极管，这不但增大了整个装置体积和安装难度，而且不能节约能源。如何能够省掉吸收电路，又能保护功率器件的安全运行，也是人们所关注的。　　4）变频器体积的缩小随着功率器件制造技术的发展，在大功率变频器中，为功率器件散热而设计的散热器要占很大的体积，从而使得大功率变频器的体积比较大。对于一些特殊的应用场合，比如电动汽车，电力机车等，要求变频器功率大，体积小。这就需要解决减小散热器体积的问题。　　3 大功率软开关变频器的研究目标　　在有关的文献中，对三相变频器在电力传动方面期望实现的有关性能指标进行了描述。　　1）电机在额定转速运行时效率大于98％，在10％额定转速运行时效率大于80％对于传统的硬开关变频器来说，当功率器件为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）时，影响效率的主要因素中，必须考虑的两个最重要的功耗来源，就是导通损耗和开关损耗。软开关技术可以消除功率器件的开关损耗，所以，可以使变百家乐频器的运行效率达到最大值。电机在额定转速运行时，变频器的输出功率最大，故其效率达到最高，电机低速运行时，输出功率较小，而变频器中开关损耗的变化不大，故其效率低。 0
2012-12-12 16:56:47　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 大功率谐振过渡软开关技术变频器研究 27 • 大功率谐振过渡软开关技术变频器研究（3） 646 • 大功率谐振过渡软开关技术变频器研究（1） 700 • 如何选择大功率变频器型号 823 • 大功率并联软开关电源的研究 0 • 大功率软开关变流器的拓扑研究 2 • 大功率变频器带载老化 2233 • 大功率中压变频器的改进 10 • 大功率高压变频器的散热分析 2464 • 大功率高压变频器的散热分析 1731