圖2 半橋型功率變換器

3.2 額外換相電路型
(1) 電容儲能型
在此模式下，當(dāng)主開關(guān)打開時，儲存在繞組中的能量暫時儲存到電容里，然后回饋給直流電源或是在下一相開通時給其供電。這樣使得開通和關(guān)斷時間都縮短，于是降低了開關(guān)損耗、提高效率，這尤其是在高速運(yùn)行的時候表現(xiàn)明顯。
圖3(a)為分裂式直流電源功率變換器，當(dāng)開關(guān)t1開通時，電容c1給ph1供電，t1關(guān)斷時，ph1通過續(xù)流二極管給電容c2充電，將繞組能量轉(zhuǎn)換為電容儲能。

圖3 電容儲能型變換器(i)

圖3(b)是在不對稱半橋的基礎(chǔ)上加了電容cb1，讓cb1儲能，這樣可以提高下一相開通時電流上升的速度。圖3(c)是圖3(b)的的改進(jìn)，cb2比cb1上的電壓要低得多，因此可以選擇較廉價的電容。
圖3(d)中，有ph1、ph2兩相。以ph1相為例說明，當(dāng)t1打開后，ph1通過d3給c2充電，實(shí)現(xiàn)能量儲存，當(dāng)下一相ph2通電時，閉合t2和ta2，這時兩個回路同時給ph2充電，加速了開通速度。

圖4 電容儲能型變換器(ⅱ)

圖4(a)、(b)中所示為所謂的c-dump轉(zhuǎn)換器[6]。它是利用一個串聯(lián)(圖4(a))或并聯(lián)的電容(圖4(b))，通過一個由cb、ta、da和la組成的buck(降壓)dc-dc變換器，將能量回饋到直流母線上。cb為附加儲能電容，這種變換器有些文獻(xiàn)中也將其稱為含有dc－dc電路的變換器。用這樣的方式來將能量從附加電容cb傳到下一個繞組中，可以保證電容不論放電或是過充電，關(guān)閉電壓可以得到精確控制。不足之處在于元件數(shù)量增多，控制難度較大，而且器件的設(shè)計要求達(dá)到dc-dc變換器的高頻(幾十khz以上)，而僅在電機(jī)繞組開通或關(guān)斷時工作，造成一定的浪費(fèi)。

(2) 電感儲能型
如圖5所示，電感儲能式的變換器在一相中有兩個繞組ph1a、ph1b相互耦合，輔助繞組ph1b的作用是將儲存在磁芯中的能量回饋到直流側(cè)中，每相僅需要一個開關(guān)器件，但輔助繞組不可能做到完全交鏈，因此需要額外緩沖電路，而且制作電機(jī)比較復(fù)雜(需要特制繞組)，輔助繞組的加入也加大了繞線體積，降低了單位體積銅的效用。

圖5 電感存儲型變換器


圖6 耗能型功率變換器

(3) 能量消耗型
對儲存在繞組中的剩余能量不是回饋，而是將其消耗掉。這樣做的好處是減少了元件數(shù)量，使得結(jié)構(gòu)和控制都變得簡單。但是這樣降低了效率，而且耗能電阻的發(fā)熱要注意處理。此方法多應(yīng)用在對效率要求不高而又強(qiáng)調(diào)成本低廉的小功率場合。圖6(a)應(yīng)用一個簡單的電阻r來吸收ph中的剩余能量，圖6(b)則將ph中的能量消耗在穩(wěn)壓管dl上[7]。容易計算出消耗能量所需要的時間，如果需要電流快速減少，則電阻發(fā)熱會比較集中，散熱處理比較困難。

3.3 自換相電路型
應(yīng)用諧振的原理，從而實(shí)現(xiàn)自動換相的功能。這樣實(shí)際上也實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)的功能，而且對諧振變換器應(yīng)用的研究也方興未艾，這種形式的變換器很有前途。

圖7 自換相電路型功率變換器

圖7(a)中所示電路與前面的有所不同的是它實(shí)際上應(yīng)用的電源是一個等效的電流源，這使得換相時兩相電流之和恒定為io。換相的過程可分為兩個階段，以其中一次換相為例說明:開關(guān)t1打開、t2閉合的瞬間，ph1中電流不變(io);隨后，ph1中電流逐步減少，直到ph2中電流達(dá)到io，換相結(jié)束。c1、c2和c3組成一個三角形電容網(wǎng)絡(luò)，與相繞組組成諧振電路。

圖7(b)是“h”橋電路[3]，該電路比四相電容分壓時變換器少兩只串聯(lián)的分壓電容，換相時時剩余的磁能以電能形式一部分回饋電源，另一部分注入導(dǎo)通相繞組，引起中點(diǎn)電位有較大浮動。另外，該電路要求每一瞬間必須有上、下各一相導(dǎo)通。

圖7(c)中所示電路能量回饋經(jīng)過多次諧振[8]。t1斷開后，ph1給cb諧振充電，之后ta合上，與lb諧振，dr2阻止反充電，lb最終通過drl將能量返回電源vs。

4 各類功率變換器的比較
附表是各類功率變換器的比較表，其中m為相數(shù)，vs為直流母線電壓，vt為開關(guān)管導(dǎo)通壓降。表中對三種類型的功率變換器下的各種功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需要的開關(guān)器件的數(shù)目、二極管的數(shù)目、適用相數(shù)、電源電壓利用率、是否有能量回饋、能否迅速增加開通電流做了比較。


5 結(jié)束語
開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)功率變換器主電路有很多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每一種拓?fù)涠加袃?yōu)缺點(diǎn)，也就注定了每一種拓?fù)溆衅溥m用的范圍，在拓?fù)涞倪x擇原則上要綜合考慮，以發(fā)揮其最大效用。 近年來，電力電子器件有了長足的發(fā)展，這也為我們的選擇提供了很大的余地，我們應(yīng)該根據(jù)各種開關(guān)器件的性能以及主電路拓?fù)涞臋C(jī)構(gòu)選擇即經(jīng)濟(jì)又適用的器件。

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