СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-6

44 / 82

Инновационное развитие энергети
ки, повышение энергоэффективности
и энергосбережения являются основ
ными приоритетами экономического
и технологического развития России
на ближайшие годы.
Наиболее актуальными задачами
при разработке энергетически эффек
тивных преобразователей электро
энергии являются:
● повышение коэффициента полезно
го действия;
● увеличение частоты преобразо
вания;
● уменьшение массы и габаритов;
● снижение уровняимпульсныхпомех;
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
44 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2011
● обеспечение электроэнергетичес
кой и электромагнитной совмес
тимости с питающей сетью и на
грузкой.
Основные способы снижения энер
гии потерь в ключевых элементах
трёхфазного инвертора напряжения
были рассмотрены в работе [1]. В пред
ставленном анализе наиболее эффек
тивным вариантом оказался способ
мультирезонансной коммутации с
включением основных транзисторов
инвертора при нулевом напряжении
и их выключением при нулевом токе
(ПНН НТ) [2]. При выполнении усло
вий мягкой коммутации, во всех клю
чевых элементах инвертора удалось
существенно снизить энергию дина
мических потерь. При этом суммар
ный КПД схемы при номинальной вы
ходной мощности Рн = 30,7 кВт оказал
ся выше 97%.
Практическая полезность приме
нения методов мягкой коммутации
определяется не только возможностью
снижения коммутационных потерь в
основных транзисторах схемы. Необ
ходимо также, чтобы общий уровень
снижения энергии динамических по
терь был выше дополнительных по
терь, вносимых в схему вспомогатель
ными элементами резонансной цепи.
При этом весьма желательно, чтобы
это требование выполнялось в полном
диапазоне изменения выходной мощ
ности инвертора.
Применение мягкой коммутации
приводит к следующим дополнитель
ным потерям мощности:
● дополнительные потери проводи
мости в основной схеме из за про
текания токов во встречно парал
лельных диодах основных ключей
инвертора в течение квазирезонанс
ных процессов;
● потери проводимости во вспомога
тельных транзисторах, обеспечива
ющих подключение резонансных
контуров;
● потери в конденсаторах резонанс
ных контуров;
● потери в дросселях резонансных
контуров.
Динамическими потерями во вспо
могательных транзисторах можно
пренебречь ввиду их относительной
малости, поскольку коммутация дан
ных транзисторов протекает при ну
левом токе.
На рисунках 1 и 2 представлены ос
новные энергетические характеристи
ки трёхфазного инвертора напряже
ния: зависимость суммарной мощнос
ти потерь Ркл в ключевых элементах
инвертора и КПД схемы в полном диа
пазоне изменения выходной мощнос
ти нагрузки Р н для вариантов жёсткой
и мягкой коммутации. Расчёт потерь
мощности проводился методом чис
ленного интегрирования отдельных
составляющих для каждого такта ком
мутации, поскольку данные потери
непрерывно изменяются с изменени
ем тока нагрузки инвертора.
В силу специфики работы мульти
резонансной схемы мощность допол
нительных потерь проводимости,
вносимых в схему инвертора вспомо
гательными элементами резонанс
ной цепи, возрастает при снижении
тока нагрузки, и наоборот. Таким об
разом, на энергетических характе
ристиках инвертора отчётливо вы
деляются две области, в одной из ко
торых применение метода мягкой
коммутации повышает эффектив
ность процесса преобразования по
сравнению с режимом жёсткой ком
мутации, а в другой, наоборот, ока
зывается менее эффективным. Вы
ходная мощность нагрузки, соответ
ствующая точке инверсии, равна
значению Рн = 12 кВт.
Рассмотрим способ оптимизации
потерь в ключевых элементах инвер
тора в полном диапазоне тока нагруз
ки. Для этого в каждом такте пере
ключения были рассчитаны отдель
ные составляющие дополнительных
потерь , где индекс i является но
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 5 10 15 20 25 30 35
Рн, кВт
Ркл, Вт
жесткая
мягкая
Рис. 1. Зависимость суммарной мощности
потерь Ркл в ключевых элементах инвертора от
выходной мощности нагрузки Рн при жёсткой и
мягкой коммутации
84
86
88
90
92
94
96
98
0 5 10 15 20 25 30 35
Рн, кВт
КПД, %
жесткая
мягкая
Рис. 2. Зависимость КПД схемы от выходной
мощности нагрузки Рн при жёсткой и мягкой
коммутации
Оптимизация мощности потерь в ключевых
элементах трёхфазного инвертора
напряжения
Игорь Воронин (Москва)
В статье проводится анализ эффективности применения жёсткой
и мягкой коммутации в полном диапазоне выходной мощности
инвертора.
© СТА-ПРЕСС