深入解析RPZVT逆变器的构成和工作原理

1.软开关逆变器

软开关逆变器是相对于传统的将直流电压强迫关断的硬开关逆变器而言的，其主要特点是，电压或电流过零时导通或关断，这样不致造成开关损耗。对于高压逆变器通断的是高电压、大电流，硬开关损耗必定很大，若采用软开关电路就可以减少损耗，提高逆变器效率。

直接转矩控制在低速情况下存在转矩脉动的不足，此时若能提高开关频率，则可改善转速的低频脉动状况。硬开关逆变器存在开关损耗，因此开关频率难以进一步提高。软开关技术则是提高开关频率，减少开关损耗的最好方法。

软开关逆变器又分电压通过直流环节谐振过零通断型（ZVS）和电流通过谐振极点过零通断型（ZCS），后者借助于逆变器桥臂上的辅助谐振回路产生自由谐振；而前者是直流环节谐振在某些选定时刻才允许出现主开关电压过零，实现通断。

2.RPZVT逆变器构成及工作原理

现介绍一种用谐振极电压过零关断（RPZVT）软开关逆变器的直接转矩控制系统，图3-18所示为RPZVT电路和工作原理波形。在传统谐振极逆变器V₁～V₄的负载上并联一个三相辅助逆变桥V_r1～V_r4、两个能量回馈二极管VD_s1、VD_s2和一个谐振电感L_r构成辅助谐振网络，其主要优点是（注：主逆变器和辅逆变器只画出两相，L、R为负载）：

图3-18 RPZVT电路和工作原理波形

1）零电压过渡过程更具灵活动，且控制简单；

2）共用一个L_r，减少了电感损耗，防止了使用3个L_r可能引起的三相定子绕组不平衡问题；(www.xing528.com)

3）所有的功率器件都工作在ZVS或ZCS条件下；

4）L_r中的残余能量能够回馈电网。

该电路的工作原理是，当主开关需要切换时，让辅助开关提前开通一段时间，使L_r与并联在主开关上的谐振电容C_r发生谐振，为相应主开关的开通创造零电压条件。

功率开关的零电压过渡过程可分为以下五个阶段：

1）初始状态（t＜t₀），开关V₁和V₄导通，V₂和V₃关断。现在期望关断V₁和V₄，然后开通V₂和V₃。在该时间段，L_r中电流i_Lr=i_x。

2）L_r储能阶段（t₀≤t<t₁），在t=t₀时，开通辅助开关V_r1和V_r6，i_Lr线性增加，该时间段，L_r中电流变化范围为0＜i_Lr＜i_x；在t=t₁时i_Lr=i_x。

3）谐振阶段（t₁≤t＜t₂），在t=t₁时，V₁和V₄关断，由于吸收电容的存在，该关断过程损耗很小。此时，V₂和V₃还未开通，L_r和C_r开始谐振，在t=t₂时，电容C_r1和C_r4充电至电源电压，而C_r2和C_r3放电至零电压，从而为V₂和V₃提供了一个零电压开通条件。

4）L_r释放能量（t₂≤t＜t₃），在t=t₂时，C_r2和C_r3放电完毕，二极管VD₂，VD₃两端的电压被钳位至零，可以在ZVS条件下开通，在反向电压的作用下，i_Lr开始线性下降。

5）主开关完成切换（t₃≤t＜t₄），在t=t₃时，i_Lx减小到零，V_r1和V_r4在ZCS条件下关断。