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改进型软开关系统在三相电压源逆变器中电容与电感安全连接的应用
Modified Soft-Switching System With Safe Connections of Capacitors and Inductors in Three-Phase Voltage Source Inverter
| 作者 | Witold Mazgaj · Zbigniew Szular |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2024年10月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 三相电压源逆变器 改进型软开关系统 控制算法 开关损耗 逆变器效率 |
语言:
中文摘要
本文提出了一种用于三相电压源逆变器的改进型软开关系统。与基本软开关系统类似,该系统中电容器不与主晶体管并联,电感器不与辅助晶体管串联。这些连接方式可在控制系统出现干扰时保护逆变器免受损坏。与基本版本不同的是,改进型软开关系统不会让谐振过程影响负载上的电压波形,并且该改进系统具有更简单的主晶体管和辅助晶体管控制算法。本文全面描述了改进型软开关解决方案的结构和工作原理。此外,还讨论了改进型软开关系统元件的选择原则。通过使用三相电压源逆变器(10 千瓦,400 伏)为鼠笼式感应电动机供电的实验室测试验证了该系统的运行情况,同时对额定功率更高的逆变器进行了数值计算。将采用改进型软开关解决方案运行的逆变器的开关损耗与采用硬开关技术运行的逆变器的开关损耗进行了比较。结果表明,所提出的改进型软开关系统提高了逆变器的效率。
English Abstract
This article presents a modified soft-switching system for three-phase voltage source inverters. Similar to the basic soft-switching system, capacitors are not connected in parallel to the main transistors, and inductors are not connected in series with the auxiliary transistors. These connections protect the inverter from damage when disturbances occur in the control system. Unlike the basic version, the modified soft-switching system does not allow resonant processes to affect the voltage waveform on the load, and the modified system features a simpler control algorithm for the main and auxiliary transistors. The structure and operating principles of the modified soft-switching solution are comprehensively described herein. Additionally, the principles for selecting the elements of the modified soft-switching system are discussed. The system's operation is validated through laboratory tests using a three-phase voltage source inverter (10 kW, 400 V) to supply a squirrel-cage induction motor, whereas numerical calculations are performed for inverters with higher rated power. The switching losses of the inverter operating under the modified soft-switching solution are compared with those of an inverter operating under the hard-switching technique. Results show that the proposed modified soft-switching system increases inverter efficiency .
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项改进型软开关技术对我们的光伏逆变器和储能变流器产品线具有重要的应用价值。该技术通过创新的电路拓扑设计,避免了电容与主开关管并联、电感与辅助开关管串联的传统结构,这种"安全连接"设计在控制系统出现扰动时能有效保护逆变器免受损害,这对提升我们产品在复杂电网环境下的可靠性至关重要。
该技术的核心优势在于两个方面:首先,改进后的系统能够隔离谐振过程对负载电压波形的影响,这对我们的光伏并网逆变器和储能PCS产品意义重大,可以显著改善输出电能质量,降低谐波含量,更好地满足严格的并网标准。其次,简化的控制算法降低了DSP/FPGA的计算负担,有利于提升系统响应速度和降低控制成本。
从应用前景看,论文通过10kW实验样机验证并扩展至更高功率等级的数值计算,证明了技术的可扩展性。这与我们的产品功率范围高度契合,特别是在大功率集中式逆变器(1500V系统)和MW级储能变流器上具有直接应用潜力。开关损耗的降低意味着系统效率提升,这将直接转化为度电成本的下降和产品竞争力的增强。
技术挑战主要集中在软开关元件的参数优化设计和不同工况下的鲁棒性验证。建议我们的研发团队重点关注该技术在高海拔、高温等极端环境下的长期可靠性,以及与SiC/GaN等新型功率器件的协同优化,这将是实现技术产业化的关键突破点。