三相感应马达软式切换变流器之研制-勤益科大机构典藏.pdfVIP

三相感應馬達軟式切換變流器之研製 1 三相感應馬達軟式切換變流器之研製 趙貴祥 王孟輝 洪東輝 國立勤益技術學院電機工程系 摘要 本文主要在研製一軟式切換減振電路共振變流器，並應用於間接式磁場導向感應 馬達驅動系統，使之具有低切換應力及損失，因此可提高切換頻率以提升其切換操作 性能。 而所採用之減振電路軟式切換方式，只要在傳統PWM變流器之主開關元件中加入 輔助共振支路，經由適當控制主開關及輔助開關的導通時間延遲即可從事主開關之零 電壓轉移，成功地達成軟式切換。而延遲時間可事先適當地估算出，並不需要額外的 電壓及電流感測器。文中詳細推導所提減振電路共振軟式切換變流器於各工作模式下 之電壓電流主導方程式，並由之研擬出一系統化設計步驟，以設計出輔助共振支路所 採之元件值，以及可使軟式切換穩健操作之主開關與輔助開關延遲觸發控制信號。所 設計之軟式切換 變流器，經由模擬及實測結果顯示，其因切換損失之降低而提高了變 流器之轉換效率。 關鍵詞：軟式切換變流器、零電壓轉移、磁場導向感應馬達驅動系統。 一、簡介 一般供電感應馬達驅動系統之變流器切換控制大多採脈寬調變(Pulse width modulated, PWM)[1,2] 。而脈寬調變切換技術又包括多種方式，如正弦脈寬調變(Sinusoidal PWM, SPWM)及 其修正式、電流控制PWM及空間向量脈寬調變(Space vector modulated PWM, SVMPWM)等。然而 這些PWM變流器均會產生諧波，造成可聽見噪音及機械振動效應。雖可提高PWM之三角載波頻率 以降低此效應，但較高頻之切換將造成切換損失及切換應力的增加，同時亦將造成電磁干擾之 增加。 而軟式切換可以減少切換損失，使得變流器的工作頻率可以提高，降低可聽見噪音及諧 波。而且當開關元件於軟式切換時，其dv / dt 及 di / dt 可相對減少，所以對於EMI及轉矩漣波的 抑制也有幫助。近年來已開發出了許多軟式切換技術及電路架構[3-20] 。而各種架構在外加元 件之數量、控制技巧及輸出特性上均有所不同。其中，共振直流鏈(Resonant dc link, RDCL) 變流器[3,4]只須於變流器之輸入側多加一個電感及電容，利用電感、電容共振出一高頻的電壓 信號，當偵測到共振電壓通過零點時，將變流器開關作適當的切換以得到所需之輸出，則主開 關可為零電壓切換。因為共振的關係，使得主開關之切換應力達2.5倍輸入直流鏈電壓。為了抑 制切換應力過大的問題，[5,6]中發展出主動箝位共振直流鏈變流器，於直流鏈端加入了一箝位 電容及一個輔助開關，可將主開關之切換應力減少至約1.3~1.5倍輸入直流鏈電壓，但由於變流 器開關必須與振盪頻率同步，開關切換頻率受限於共振頻率，並且無法採用脈寬調變控制方 式。而並聯共振直流鏈(Parallel resonant dc link, PRDCL)變流器與半共振直流鏈(Quasi resonant dc link, QRDCL)變流器之工作模式極為相似，都是在傳統變流器與直流鏈端中間加 入一級共振電路，使得直流鏈電壓可以共振到零，提供主開關零電壓切換時機。在[7,8]中之 PRDCL使用了四個輔助開關及共振元件，而且其中一個輔助開關有過電壓問題。[9-13]中提出一 些不同電路組態以完成主開關之軟式切換，主開關之過電壓問題可獲得解決，但是其共振電感 2 勤益學報第十八期 電流的峰值仍會超過負載電流。另外在[14,15]中採用空間向量切換技巧，配合作軟式切換。此 種變流器必須有一個開關與直流鏈端串聯，用以阻斷直流鏈電壓，使共振電路動作，如此將增 加變流器之損失，還需要使用感測元件來偵測開關電壓及電流情形，以完成軟式切換。解決共 振直流鏈變流器之過電壓問題，可採用減振電路共振(Resonant snubber)變流器[16-20] ，此類 軟式切換技巧主要係應用輔助開關以得零電壓轉移切換控制。採用之開關及共振元件雖較多、 但可配合各種變流器的切換技巧，當共振支路不動作時，與變流器分開，不會影響變流器之正 常動作；若變流器的開關狀態需要改變時，利用共振支路中輔助開關之動作將主開關的電壓降 至零，然後再行開關之切換轉態。在[16,17]中必須使用兩個大電容當作共振路徑，來完