内容发布更新时间 : 2024/12/23 2:32:17星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

电(AC／DC)的，主要有二极管不控整流、晶闸管相控整流、以及采用新型丌关器件的SPWM整流¨引。

2．2．1二极管不控整流电路

三相桥式二极管不控整流电路如图2—2所示，其特点是结构简单，不需要

额外的控制，成本低廉。二极管不控整流电路的输出电压不可调节，且与输入电压成固定比例关系

设输入端线电压为uab6U2sin(?t??)，那么有载时输出端电压平均值为

Ud?2.34U2。一般在输出侧采用大电容稳压滤波后可实现较为稳定的直流电压输出·

图2.2不控整流电路图

图2.3相控整流电路图

2．2．2晶闸管相控整流电路

用晶闸管组成的相控整流电路有多种形式，图2—3是桥式三相晶闸管相控

整流电路。在三相晶闸管相控整流电路中，设输入端线电压为

Uab?6U2sin(?t??)，晶闸管触发为?，如果触发角??60o，那么输出端电压平均值为Ud?2.34U2cos?；如果触发角??60o，那么输出端电压平均值为Ud?2.34U2[1?cos(???)]。晶闸管相控整流电路的特点是其输出电压值连续3

6

可调，通过调节晶闸管的导通角，可以实现系统的功率调节；缺点是当晶闸管导通角很大时，即在深调压的场合下，其输出电流尖峰很高，功率因数极低，谐波分量很高、EMI很大。

2．2．3SPWM整流电路

随着电力电子器件的飞速发展，在二十世纪七十年代，有人开始将PWM技

术引入整流领域，并取得了良好的效果。采用PWM整流可获得单位功率因数和正弦化输出电流。与传统的整流器相比，PWM．SMR对电容、电感这类无源滤波元件或储能元件的需求大大降低，动态性能也有很大的提高，此外其体积、重量也可以大大减少。PWM整流器拓扑结构可分电流型和电压型两大类，目前应用较多的为电压型高频PWM整流器，其拓扑如图2-4所示。通过对VTl~VT6六个开关器件的控制，以实现能量的双向传输，并使输入电流波形跟踪输入电压波形，实现较高的功率因数。

然而，SPWM整流器由于对直流侧电压利用率较低，为了实现网侧高功率因数，需显著提高直流母线电压，通常直流母线上的电压会达到800V～1000V左右，进而造成整流桥与逆变桥功率器件的电压应力，增加了系统成本；由于整流器的丌关器件均处于硬开关状态，故其通态损耗也很大，使系统的效率降低。 经过以上对比分析可以看出，二极管不控整流电路与SPWM开关整流电路相比较，结构简单，不需要额外的控制电路：二极管不控整流电路与晶闸管相控整流电路相比较，提高了功率因数，减少了输入侧的EMI，且其输出电压值适中稳定。所以，本文超声波电源的整流单元采用三相二极管不控整流电路。

图2.4三相电压型SPWM开关整流电路图

2．3功率逆变器拓扑方案比较

超声波电源的换能器工作在谐振频率时，电路功率因数很低，为了提高功率

7

因数，常采用连接电感器法以补偿无功功率。根据补偿电感与换能器的联接方式不同，可以将逆变电路分为并联谐振电路和串联谐振电路两种。下面对并联逆变电路和串联逆变电路进行简要分析。

2．3．1负载串联谐振逆变器

串联谐振逆变器，即电压型谐振逆变器，如图2．5所示。全桥串联谐振逆变器有4个IGBT(VT1~VT4)和其反并联的快速二极管的D1~D4组成4个桥臂，把桥臂l和4看作为一对，桥臂2和3看作另一对，成对的桥臂同时导通，两对交替各导通180度。其输入直流电压Ud恒定不变，输出电压的波形为矩形波且不受负载变化的影响。工作时，轮流触发VT1,4和VT2，3这两对桥臂，且使其开关频率与负载的固有频率相等，R、L、C负载槽路发生谐振，输出高频正弦电流。串联谐振逆变器的工作原理如图2-6所示。

图2-5电压型逆变器

当t=to时，触发VTl，4，电流从电源正端一Ⅵl—A—B—VT4一电源负端流

通。负载电路工作在振荡状态，负载电流按正弦规律变化，在to—tl期间，电流经VTl，4流通，形成正半波。到tI时刻，电流下降到零，电容C上的电源极性为左正右负。此时，关断VTl，4，触发VT2，3，电流从电源正端—．vT2一B-一A—一、，T3一电源负端流通。通，形成正半波。到tI时刻，电流下降到零，电容C上的电源极性为左正右负。此时，关断VTl，4，触发VT2，3，电流从电源正端—．vT2一B-一A—一、，T3一电源负端流通。

在tl～t2期间，电流经Vrr2，3，形成瓦负半波。在实际应用中，上、下桥臂IGBT必须遵守先关断后开通的原则，一般留有死区时间毛，快速二极管DI—IM在IGBT关断时，为负载振荡电流提供续流回路，在如期间，输出侧能量通过其回馈电源。

8

图2-6 电压型逆变器工作原理图

2．3．2负载并联谐振逆变器

并联谐振型逆变器，即电流型谐振逆变器，电路结构如图2．7所示。

图2-7电流型逆变器

其中，Ud是整流器输出的脉动直流电压，Ld是平波电抗器，L为补偿电感，其与换能器并联；R和C是换能器等效阻抗。同样，逆变器也有4个桥臂构成，每一臂由开关器件IGBT和与其串联的二极管组成。由于Ld的作用，电流Id为平滑电流。通过对开关器件(VTl～VT4)的控制，使直流电流而变换成高频的交流矩形波电流输出。为使逆变器正常工作，应控制逆变器开关器件的工作频率略高于负载谐振频率。此时负载回路对输出的高频矩形波电流中的高次谐波电流呈现低阻抗，对其基波电流呈现高阻抗，因而使输出电压“B接近正弦波。并联逆变桥的四个开关状态及其工作原理分别如图2．8所示。

9

图2.8并联谐振逆变器工作原理图

在to~t1期间，VTl，4导通，电流从电源正端一VTl—A—B—VT4一电源负端流通io?Id近似为恒值，负载电路工作在振荡状态，负载电压‰按正弦规律变化·形成UA。的正半波。到‘l时刻，电压下降到零，电容C上的电源极性为左正右负，此时，关断VTl，4，触发VT2,3。在t1~t2期间，VT2，3处于导通状态，电流从电源正端一VT2一B A一Ⅵ4一电源负端流通，电流‘=也，近似为恒值，电压形成“B负半波。

2．4功率控制方案比较

根据逆变器的功率调节方式，可以将串联谐振逆变器的调功方法分为两种：(1)直流调 功：通过调节逆变器输入端直流电压的幅值来调节输出功率，一般采用直流斩波电路或晶闸管相控整流电路来调节输出功率；(2)逆变调功：通过调节逆变器输出电压的频率来调节负载功率因数，或调节输出电压的有效值的大小(调节占空比)来实现功率调节。

2．4．1 功率控制方案的选择

逆变侧调功与直流调功的方法相比，可以用不控整流，使控制电路大大简化，而且输出功率的速度比用可控整流要快。但逆变侧调功这三种方法各自存在着不可忽略的缺点。采用晶闸管相控整流调功，整流器的功率因数会随着整流器触发角的变化而变化，从而使电源效率受影响。斩波调功在直流电压下工作，供电功率因数高，对电网的谐波干扰小；电路的工作频率高；适用于电压型逆变器使用，所以本文选用不控整流加斩波器的调功方式，并采用ZVS．PWM软开关技术来降低开关损耗。斩波电路是BUCK变换器。其电路结构如图2．14所示，其工作的基本原理为：开通S则电源E对负载供电，关断S后负载经二极管D和电感续流，控制开关管S的开通占空比D就可以控制变换器的输出电压。因其输出端电压

ty?on?E?D?E总低于输入端电压E，故称为降压变换器。

(ton?toff) 不控整流加斩波器是串联逆变电源输出功率控制的有效方法之一。下面我们

10