三相高頻斬波式交流穩(wěn)壓裝置的研究

1引言

工業(yè)設(shè)備及大型計(jì)算機(jī)站等場合，大量應(yīng)用大功率交流穩(wěn)壓電源。在各種交流穩(wěn)壓設(shè)備中，多采用電壓補(bǔ)償原理來穩(wěn)定輸出電壓，如：大功率接觸補(bǔ)償型交流穩(wěn)壓電源，無觸點(diǎn)感應(yīng)補(bǔ)償型及開關(guān)補(bǔ)償型交流穩(wěn)壓電源等。在這些設(shè)備中，補(bǔ)償電路多在基頻（50Hz）下工作，所以設(shè)備體積重量大，轉(zhuǎn)換效率低，限制了它們在大功率場合下的應(yīng)用。

文獻(xiàn)[1][2]等提出了一些高頻補(bǔ)償式電路，但由于使用的元器件較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，難以在實(shí)用中得到推廣和實(shí)用。

文獻(xiàn)[3]提出了一種三相高頻PWMAC鏈調(diào)節(jié)器。由于該電路使用開關(guān)器件少，控制簡單，補(bǔ)償電路電感性元件為高頻元件，數(shù)目少，是一種極有開發(fā)應(yīng)用價(jià)值的變換電路。本文主要介紹該電路的工作原理，主要參數(shù)設(shè)計(jì)和仿真波形及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2電路結(jié)構(gòu)及工作原理

此三相高頻斬波交流調(diào)壓主電路如圖1所示。為便于分析，暫不考慮變壓器。

開關(guān)S1，S2，S3用于交流斬波，開關(guān)S4用來在開關(guān)S1，S2，S3關(guān)斷時(shí)為負(fù)載續(xù)流。S1，S2，S3和S4互補(bǔ)導(dǎo)通。C1，C2，C3為各相旁路電容，用CP表示，R1，R2，R3為各相旁路電阻，用RP表示。L1，L2，L3為濾波電感，R4，R5，R6為負(fù)載。

為了防止S1，S2，S3和S4同時(shí)導(dǎo)通，在它們互補(bǔ)導(dǎo)通轉(zhuǎn)換時(shí)設(shè)置了死區(qū)。在死區(qū)時(shí)段由電容CP為負(fù)載電流提供旁路，電阻RP在死區(qū)過后供電容CP放電。變壓器用于給負(fù)載提供合適的電壓并隔離負(fù)載和主電路。

此電路正常工作時(shí)，有以下幾個(gè)工作模式：

21供能模式

工作在此模式，開關(guān)S1，S2，S3導(dǎo)通，S4關(guān)斷，輸入電壓加在負(fù)載上。如圖2所示，假設(shè)電流方向如圖所示。

22旁路模式

工作在此模式，開關(guān)S1，S2，S3，S4都關(guān)斷。負(fù)載電流通過旁路電容CP和三相整流橋中的二極管以及開關(guān)管的并聯(lián)二極管保持連續(xù)。如圖3所示。在此期間會有一部分能量存儲在旁路電容CP中，此能量在死區(qū)結(jié)束后通過電阻RP泄放。

圖1三相高頻斬波交流調(diào)壓主電路圖

圖2供能模式

圖3旁路模式

圖4續(xù)流模式

圖5死區(qū)等效電路

(a)等效電路(b)等效模型