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三相输入型阻塞式交交变频电源.docx
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2022-07-13
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三相输入型阻塞式交交变频电源.docx
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我国作为世界人口大国,面临的能源问题日益严峻。变频技术作为一种低
耗、清洁的手段,在工业生产中得到了广泛应用
[1,2]
。目前变频技术主要分为:交
直交变频、交交变频与矩阵变换器
[3,4]
。交直交变频系统以 PWM(Pulse Width
Modulation)逆变为 基础,是目前发 展最为成熟 的一种变频 技术,但是由于 其交
直交变频存在滤波环节,所以成本较高
[5,6,7,8]
。交交变频技术无中间直流环节,功
率可以双向流动。传统交交变频技术仍然以晶闸管等半控型器件为主,采用移
相控制的策略,所需用到的功率器件偏多,存在功率因数较低与谐波污染等诸多
问题
[9,10,11]
。矩阵变换器则因为存在换流困难、成本高等问题而没有在实际生产
中得到大范围应用
[12,13,14]
。
为了克服传统交交变频技术中存在的问题,一些学者提出了交流斩波调压
拓扑结构与高频阻塞斩波控制脉冲相结合的变频控制策略。该策略虽然降低了
系统的成本,且控制过程简单,但存在输出电压断续的问题
[15]
。基于此,本文设计
了一种三相输入型阻塞斩波交交变频电源,该系统具有控制简单、体积小、性
价比高的特点。
1 系统原 理
三相输入型阻塞斩波交交变频系统的电路拓扑结构如图 1 所示,其包括三
相工频交流电源、3 组由 4 个快恢复二极管和 1 个 Mosfet 组成的双向交流开
关以及负载。通过控制算法产生触发脉冲,控制每组双向交流开关中 Mosfet 的
开通与关断,可以实现系统所带负载两端输出电压频率和幅值分别可调的目的。
图 1
图 1 三相输入型阻塞斩波交交变频电路
Figure 1. Three-phase input type blocking chopper crossover inverter
circuit
1.1 阻塞变频控制原理
系统阻塞变频的原理如图 2 所示,图中虚线为三相工频交流电输入。分别
使三相交流电源的若干个工频正半周的波头 120°导通,再让其若干个工频负半
周的波头 120°导通,最后通 过电路结构 上的并联处 理,使 这些处理过的输出电
压拼接起来,最终实现变频功能。
图 2
图 2 阻塞变频控制原理(输出频率 10 Hz)
(a)VT
1
支路输出电压波形 (b)VT
2
支路输出电压波形 (c)VT
3
支路输出电压波形 (d)拼接后
输出电压波形
Figure 2. Blocking frequency control principle (Output frequency: 10 Hz)
(a) VT
1
branch output voltage waveform (b) VT
2
branch output voltage waveform (c)
VT
3
branch output voltage waveform (d) Output voltage waveform after splicing
通过图 2 可以得出阻塞控制规律为
M=2N+13fo=fiM
(1)
式中,N 为半个期望输出周期所包络的波头数;M 为分频系数;$f_o$ 为输出
电压频率;$f_i$ 为输入工频电压频率。
1.2 斩波调压控制原理
依据面积等效原理,冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上
时,其效果基本相同
[16]
。对阻塞后的输出电压波形施加高频脉冲进行斩控,使得
斩控后的波形与期望输出电压波形在每个波头下的面积相等,从而达到调压的
目的。其原理如图 3 所示。
图 3
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