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一種新型軟開關SRM功率電路及其控制時序

    孟潤泉，王振民，卜慶華

(太原理工大學電氣與動力工程學院，太原030024)

摘要：為了消除或降低功率變換器中電力電子器件的開關損耗，抑制開關過程帶來的電磁干

擾，提出一種軟開關型開關磁阻電機(SRM)功率變換器主電路。電路采用并聯型準諧振直流

環節為SlIM相開關開通提供零電壓條件，給相開關并聯電容器則保證了相開關的零電壓關斷。在介紹主電路拓撲基礎上，分析了電路的控制時序及工作模式轉換，并通過仿真驗證了控制時序的正確性和電路的軟開關性能。

關鍵詞：軟開關；開關磁阻電機；功率變換器；控制時序

0引  言

    由于開關器件的開關特性不理想，開關過程會產生損耗。開關損耗不僅會降低系統整體效率，導致器件發熱、壽命縮短甚至燒毀，是造成開關磁阻電機驅動系統(SRD)故障的主要原因。另外為了提高SRD系統的詞速性能，須通過提高變換器中功率器件的開關頻率達到對繞組電流更精準的控制，但開關損耗會隨開關頻率的提高而線性增大^[1-2]，帶來的電磁干擾(EMI)也愈加嚴重。為此，本文將一種并聯準諧振直流環節電路(PQRDCL)引入到SRM功率電路的設計中^[3]，以期借助軟開關技術降低器件的開關損耗和開關過程中器件所承受的電應力，抑制開關過程產生的EMI，以進一步提高SRD系統的可靠性，調速性能和整機效率，并為向高速和大容量方面發展奠定基礎。

1  電路結構與軟開關原理

1．1電路結構

    圖1所示為新型軟開關SRM功率變換器的等效電路，由電源、SRM相繞組驅動電路及介于兩者之間的零電壓直流環節電路三部分組成。電源由三相橋式整流、電容濾波后供出。SRM相繞組驅動電路采用一種主開關器件最少型拓撲結構。其中L_a,L_b,L_c,L_d分別為SRM的四相繞組，T₁～T₄是作為相開關的電力電子器件，分別給它們并聯了電容c₁～c₄，因電容電壓不能突變，所以能保證T1～T4在任何時刻關斷均為零電壓軟關斷。D₁～D₄分別為各相繞組的續流二極管。零電壓直流環節電路采用并聯型準諧振直流環節，由諧振電容CT、諧振電感L_r、輔助開關管T_s、T_p1,T_p2及二極管D_s，D_p1,D_p2構成。PQRDcL具有起振、停振控制容易、電感功耗相對較小等優點。

1．2軟開關原理

    相繞組驅動電路中上臂兩管T₁、T₂分別由各自的換相邏輯信號和PwM信號相與后控制，而下臂的T₃、T₄僅由換相邏輯控制。功率電路的工作可分為某相繞組電流的斬波和換相兩個過程。

    繞組電流斬渡過程中電路有兩種狀態，以a相繞組為例：①T₁、T₃均開通，L_a通電；②T₁關斷，T₃保持通態，L_a中電流經D₁、T₃續流。當電路從狀態①向狀態②轉移時，并聯的電容c₁保證了V₁零電壓軟關斷；從狀態②向狀態①轉移時，D₁正處于導通狀態，PN兩極電壓近似相等，從而使T，集電極與發射極間電壓近似等于母線電壓，若此時由PQRDcL諧振給母線電壓產生零電壓間隙，則可實現T₁的零電壓開通。

    在換相過程中，因待開通相的電流為零，又于PQRDcL產生諧振槽，迫使母線電壓為零并將相開關所并電容中的能量釋放，而繞組電感電流又不能突變，所以待開通相的開關動作屬零電壓兼零電流軟開通。

2諧振控制時序及工作模式分析

    以a相繞組電流斬波過程為例分析電路的控制時序和工作模式。斬渡過程中T₃一直開通，T₁在PwM信號控制下不停地通斷以調節L_a中的電流i_a，與此同時，輔助開關管Ts、T_p1、T_p2受控按照一定時序動作，協助c_r、L_r完成諧振，給T₁軟開通創造零電壓條件。若將T₁從一次關斷到下一次關斷定義為一個斬波周期，圖2所示為一個斬波周期的控制

時序及準諧振波形。圖中，u_g1為T₁觸發信號，u_gs為T_s觸發信號，u_gp為T_pl、T_p2的