宽范围软开关直流变换器控制方法研究

作     者：王超 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李浩昱

授予年度：2014年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：移相全桥零电压变换器 变频控制 宽范围软开关 效率提升 

摘      要：石油开采中，由于需要为数千公里长度的油井内设备提供能量，同时满足其低压启动、高压工作的要求，因此需要研制相应的具有宽输出电压范围的特种能量变换器，同时其应具有高效率、高精度、动态响应迅速、高功率密度、低电磁干扰等特点。本文选择移相全桥零电压变换器，根据变换器在大负载范围波动情况下所要求的性能指标，设计电路各项参数，建立系统小信号模型，进而研究一种使系统效率提升的控制方法。 通过对电路运行过程的分析，总结出不同时刻各个器件的电流与电压表达式。分析移相全桥电路在宽负载范围内难以完成软开关的原因，采用辅助电路结合变频的控制方法来实现宽负载范围软开关。理论推导出在不同负载下为完成软开关所需要的频率范围，使用Pspice搭建系统模型，验证这种控制方法的有效性。 研究在完成软开关的前提下提高系统效率的变频方法。首先分析系统的损耗组成部分，针对每部分损耗通过公式推导分析其与频率的关系，并使用PLECS软件对磁芯损耗与频率的关系进行仿真分析。结合损耗与输出功率建立系统效率模型，在完成软开关的频率范围内推导出使系统效率提升的优化频率，在不同负载下推导优化频率。同时，基于最小导通时间、不同负载下的最高频率以及磁性材料的频率特性，对以上算法进行优化频率修正，满足全工作范围快速、稳定工作的条件。 最后，研制一台采用基于效率优化的变频控制方法的1kW电能变换器，采集并分析电路波形及相关数据。根据实验数据可知：该变换器能够在规定负载范围内完成ZVS，其效率高于采用定频控制方法时系统的效率，并且负载变化时系统有良好的动态特性。