具有软开关功能的新型三相谐振极逆变器

王 强，曹 睿，王天施，刘晓琴

（1.辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺 113001；2.辽宁石油化工大学石油化工过程控制国家级实验教学示范中心,辽宁抚顺 113001）

1 引言

桥臂上的辅助电路参与谐振极逆变器的换流过程时，逆变器的直流母线电压仍然保持稳态，直流电压利用率不会受到影响.因此，谐振极逆变器的实用价值较高.但是已设计出的各种相关拓扑结构依然需要优化.文献［1～4］设计的电路结构中，辅助开关承受的稳态电压都不低于直流电源电压，同时还缺少对辅助开关的保护，都没有在辅助电路中设置瞬态电压抑制二极管来避免谐振过程中出现的电压尖峰破坏辅助开关.

为优化谐振极逆变器的拓扑结构，提高其实用性，本文设计出了具有软开关功能的新型逆变器，其优势是辅助开关器件承受的稳态电压约为直流电源电压的一半，而且辅助电路里包含瞬态电压抑制二极管，使辅助开关避免在谐振过程承受过高的电压尖峰，能有效保护辅助开关不被损坏.本文将给出电路的工作流程说明，利用实验结果来验证该逆变器的工作性能.

2 拓扑结构和工作流程

2.1 拓扑结构和软切换类型

以图1 所示的a相桥臂为例，其包括谐振电容Cra，谐振电感Lra，两个辅助二极管D7、D8和辅助开关S1a、S2a与反并联二极管D1a、D2a，其中D7和D8是瞬态电压抑制二极管，用来避免谐振过程中出现的电压尖峰破坏辅助开关器件.另外，C1和C2为分压电容，用来均分直流电源电压.主开关S1～S6在开通时处于零电压软开通状态，在关断时处于零电压软开断状态；辅助开关S1a～S6a在开通时处于零电流软开通状态，在关断时取得了零电流软关断.

图1 三相谐振极逆变器主电路

2.2 电路工作过程

在工作过程阐述中认为电路所含器件都处在理想状态，负载可用恒流源代替，C1与C2可用恒压源代替.本文将主要阐述a相桥臂的电路工作过程，图2 为其等效电路，参考正方向如箭头所示.图3 为相关的理论工作波形.图4为各流程电流路径.

图2 三相谐振极逆变器的单相等效电路

图3 谐振换流期间的理论工作波形

图4 各工作流程的等效电路图

3 实验验证

图5 实验波形

4 结论

提出了具有软开关功能的新型三相谐振极逆变器，其突出优势是辅助开关承受稳态电压较低，电路设置了能保护辅助开关在谐振过程不被尖峰电压击穿的瞬态电压抑制二极管.通过对实验波形的分析，证明了主开关动作时处在零电压软切换，辅助开关动作时处在零电流软切换.