一種非對稱式軟開關(guān)逆變器的研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、現(xiàn)有的相移諧振軟開關(guān)技術(shù),由于存在軟開關(guān)實現(xiàn)的負載范圍窄,不能在電弧這種負載范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)的缺點,該文在研究弧焊電源的電路拓撲形式的基礎(chǔ)上,提出了一種不對稱的相移軟開關(guān)電路拓撲形式;使超前臂工作在零電壓開關(guān)狀態(tài);使滯后臂工作在零電流開關(guān)狀態(tài)。在變壓器付邊增加一個輔助換流電路,改變了電路的拓撲形式,使軟開關(guān)工作可以在空載、輕載、滿載、短路等階段實現(xiàn),解決了相移諧振軟開關(guān)電路難以用于焊接電源的難題。在對IGBT管子模型的研究的基礎(chǔ)上,提出

2、了IGBT并聯(lián)電容、隔直電容等主電路參數(shù)的計算方法。 逆變主電路采用橋式結(jié)構(gòu),分為超前臂與滯后臂。超前臂上并聯(lián)較大的換流電容,滯后臂上并聯(lián)小的電容或不并聯(lián)電容,采用PWM控制策略。超前臂為活動臂進行PWM調(diào)節(jié),滯后臂稱為固定臂不進行PWM調(diào)節(jié),超前臂與滯后臂各自互補導(dǎo)通,輸出功率的調(diào)節(jié)是由調(diào)節(jié)超前臂的脈寬來進行的。超前臂上由于并聯(lián)較大電容,在關(guān)斷時其兩端電壓上升較慢,則超前臂工作在零電壓關(guān)斷狀態(tài)。諧振電路由飽和電感和隔直電容組成

3、,飽和電感的作用使換流能量基本恒定,來降低占空比的損失,而隔直電容可以降低環(huán)流損耗,使滯后臂關(guān)斷時基本上是在零電流情況下,從而使關(guān)斷損耗低。超前臂與滯后臂同時開通,由于超前臂上并有電容,開通時電容電壓為零,所以超前臂是零電壓開通,由于諧振回路中飽和電感的阻擋作用,變壓器原邊電流很小,故滯后臂時零電流開通。這樣便保證了負載的軟開關(guān)的實現(xiàn)。 相移諧振軟開關(guān)電路,由于超前臂上并有電容,必須在焊接負載的全過程中,保證將此電容電荷換流完畢

4、,否則IGBT開通時,將使并聯(lián)在其兩端的電容短路,電容會直接向IGBT放電而損壞IGBT。而電弧負載有空載、負載、短路幾個階段,現(xiàn)有的相移諧振軟開關(guān)電路無法在電弧全負載內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān),該文增加了一由電感組成的換流支路,當焊接輸出負載較輕或空載時,來提供空載無功環(huán)流,使空載時并聯(lián)在IGBT兩端電容上換流完全而實現(xiàn)軟開關(guān)。解決了相移諧振開關(guān)電路難以用于焊接電源的難題,提高焊機效率及可靠性。 通過對現(xiàn)有的相移諧振軟開關(guān)技術(shù)的改進而形成的

5、非對稱式軟開關(guān)電路拓撲形式可同時推廣到手弧焊、氣保焊、埋弧焊、等離子切割等焊接電源中。 現(xiàn)有的逆變焊機輸入側(cè)都采用二極管整流,電解電容直接濾波的方法,將交流電變?yōu)橹绷?,存在輸入電網(wǎng)尖峰電流大、對電網(wǎng)干擾強的缺點,而三相有源功率因數(shù)校正器由于電路較復(fù)雜且昂貴,無法用于焊接電源中。根據(jù)焊接負載的特點,在滿足焊接工藝要求基礎(chǔ)上,提出了一種單級三相功率因數(shù)校正方案,將輸入電網(wǎng)電壓信號引入到逆變器的峰值電流反饋環(huán)內(nèi);利用逆變器對輸入電流進

6、行補償,提高了功率因數(shù),滿額功率因數(shù)達到0.95,降低了諧波分量,5次諧波由,55%降至20%。 逆變焊機的控制方式主要有兩種:電壓型控制和電流型控制。峰值電流型控制可以抑制變壓器偏磁,防止開關(guān)管過流而燒壞,但峰值電流反饋易受干擾。該文在研究峰值電流閉環(huán)反饋基礎(chǔ)上,在反饋環(huán)內(nèi)引入了斜坡補償信號,防止了脈沖寬度的抖動,提高了閉環(huán)電流的穩(wěn)定性。針對二極管反向恢復(fù)電流對峰值電流環(huán)的干擾,設(shè)計了反向恢復(fù)電流消除環(huán)節(jié),將電流反饋的電流前沿

7、進行屏蔽,增加了系統(tǒng)的抗干擾能力。 利用Matlab分別對電源的輸入整流部分、軟開關(guān)逆變部分、峰值電流控制等進行了建模。對輸入整流部分建模仿真時,逆變器部分可以等效為恒流源負載。當直流側(cè)濾波電容較大時,電網(wǎng)輸入電流的仿真波形有很大的尖峰,隨著電容的容量的降低,電流尖峰降低。當電容較小,約20μF時,電網(wǎng)輸入電流波形變?yōu)榻品讲?,功率因?shù)提高至約0.95,隨著電網(wǎng)電感的增加,電網(wǎng)輸入電流波形發(fā)生畸變,諧波份量增加,當電網(wǎng)電感很大時

8、,而電網(wǎng)輸入電流發(fā)生振蕩。當引入電網(wǎng)電壓進入峰值電流環(huán)后,逆變器的輸出電流上疊加一個300Hz的交流信號,使逆變器的輸出電流對電網(wǎng)側(cè)電流進行補償,進而消除了振蕩。仿真波形與實際波形一致。 利用Simulink建立了軟開關(guān)逆變器的Simulink模型,分別對超前臂、滯后臂及變壓器的工作波形進行了仿真。仿真結(jié)果與試驗結(jié)果基本復(fù)合一致。通過在仿真模型上調(diào)整工作頻率、諧波電容、電感及空載換流支路的參數(shù),可以對軟開關(guān)的工作電路進行了參數(shù)優(yōu)

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