基于多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)研究分析

1)使雜散電感減少到最小，大大減小了發(fā)生寄生震蕩的幾率。

2)可實(shí)現主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)關(guān)和輔助開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)關(guān)。

3)在低速和高轉矩操作時(shí)，提高了靜態(tài)電壓的平衡和開(kāi)關(guān)器件之間的損耗平衡。 該電路的缺點(diǎn)是：增加了兩個(gè)有源箝位開(kāi)關(guān)管，采用了兩個(gè)諧振電感，使電路中元器件的數量增多，增加了電路的復雜性，降低了電路的可靠性。

在實(shí)際應用當中，上述三種電路還存在著(zhù)以下問(wèn)題：

1)中點(diǎn)穩定性問(wèn)題。由于三電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲的直流環(huán)節有四個(gè)電容，這樣就存在兩個(gè)中點(diǎn)(1和2)。ARCP變換期間，兩個(gè)中點(diǎn)的充電平衡由輔助電流iaux1和iaux2的方向、大小和持續時(shí)間來(lái)決定。只有當輸出電流和輸出電壓之間的相移在±90°附近時(shí)，即負載是純無(wú)功負載時(shí)，對于輔助電流iaux1和iaux2來(lái)說(shuō)，它們分別流入中點(diǎn)1和中點(diǎn) 2的電流的安秒值在一個(gè)輸出周期內才相等。在其它情況下，中點(diǎn)將會(huì )產(chǎn)生偏移。因此在二極管箝位型三電平輔助諧振變換極逆變器中，由于存在兩個(gè)相互獨立的中 點(diǎn)，充電平衡所帶來(lái)的中點(diǎn)穩定的問(wèn)題是不可避免的。

圖6電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲

圖7電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲

2)輔助開(kāi)關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復特性在輔助開(kāi)關(guān)兩端將造成過(guò)電壓，雖然各種各樣的減少過(guò)電壓的方案被提出，但是都大大增加了電路的復雜性。

拓撲的討論

二極管箝位型三電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲的概念擴展到N電平逆變器。顯然，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲仍然存在中點(diǎn)穩定的問(wèn)題;而且，附加元器件的數量也大為增加;系統的可靠性，控制的復雜性也阻礙了把N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲應用到工業(yè)中去。需要強調的是，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲中點(diǎn)穩定性問(wèn)題不是由于元器件參數的波動(dòng)或寄生參數的影響而造成的，而是因為電路拓撲本身的缺點(diǎn)而造成的。不難得出，N電平輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)的中點(diǎn)穩定性問(wèn)題和拓撲的復雜性使該電路拓撲應用到實(shí)際的工業(yè)系統中去的可能性很小。電容箝位型多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

迄今為止，有關(guān)電容箝位型多電平逆變器的有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究非常有限。

1、電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟

開(kāi)關(guān)拓撲

電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲如圖6所示。

該電路的輔助開(kāi)關(guān)接在直流母線(xiàn)的正極和負極之間，諧振電感Laux和電容C1、C2、C3、C4組成諧振路徑。該電路有個(gè)致命的弱點(diǎn)，即輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓等于Udc，這就使該電路失去了實(shí)際應用的意義。

另外一種電容箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲如圖7所示。一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)連接在輸出端(經(jīng)Laux2)和箝位電容的中點(diǎn)，另外一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)連接在箝位電容的中點(diǎn)(經(jīng)Laux1)和直流環(huán)節的中點(diǎn)。該電路的輔助開(kāi)關(guān)所承受的阻斷電壓僅為Udc/4。和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲相比，此電路的兩個(gè)中點(diǎn)(1和2)的電壓是穩定的。箝位電容的中點(diǎn)由輔助電流來(lái)決定，每隔一個(gè)開(kāi)關(guān)周期輔助電流交替改變方向，并不受功率因數的影響。該電路采用了硬開(kāi)關(guān)電容箝位型三電平逆變器中為穩定箝位電容電壓所采用的方法，即交替利用三電平變換器的兩個(gè)可能的零狀態(tài)，使箝位電容的中點(diǎn)電壓趨于穩定。此外，輸出電流每隔180°，輔助電流iaux1和iaux2的方向改變一次，用來(lái)平衡由于調制策略和功率因數造成的輸出電流的不對稱(chēng)。由于在三相系統中，輸出電流是三相對稱(chēng)的，因此直流環(huán)節中點(diǎn)可以按照傳統的兩電平輔助諧振變換極電壓源型逆變器的中點(diǎn)穩定的方式來(lái)趨于穩定。

但是，該電路存在以下缺點(diǎn)：

多電平逆變器有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究

圖8電容箝位型N電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲

1)和二極管箝位型三電平逆變器的輔助諧振變換極軟開(kāi)關(guān)拓撲一樣，輔助開(kāi)關(guān)的反并二極管關(guān)斷時(shí)由于其反向恢復特性在輔助開(kāi)關(guān)兩端將造成過(guò)電壓。 2)對寄生電感參數很靈敏，處理不好，會(huì )引起寄生震蕩。