两电平可升压自然软开关DC/AC变流器发热均衡控制研究

介绍了一种能有效整合DC/DC和DC/AC两级电能变换的自然软开关逆变器拓扑结构,详细分析了该拓扑工作在特殊直通零矢量时,逆变器开关管的转换过程.指出采用传统单一锯齿载波调制模式势必引起输出逆变器上下桥臂开关管发热失衡.为此,提出一种适用于此拓扑的优化控制方案,在获得最佳软化效果的同时,维持逆变器上下桥臂开关管发热均衡...     

新型自然软开关变流技术研究

以拓展三相逆变器的自然软开关动作状态为出发点,提出了一种新型可升压自然软开关变流技术。由于采用该技术的新型三相逆变器电路结构简单,控制方便、可靠,因而能方便地作为电力有源滤波器的逆变器用于谐波补偿。在此,对一种新型逆变器拓扑和新型自然软开关变流技术特性进行了研究。通过对主电路的分析,推导出了新型AC/DC/AC变换器拓扑。采用空间电压矢量法,并结合所提出拓扑的特点,重点介绍了如何采用锯齿载波空间矢量脉宽调制法,以实现数字控制。最后通过仿真实验,验证了该控制技术的正确性和可行性。     

一种新型自然软开关变流器控制策略

为了满足电力用户以及电力生产厂家的需求,笔者以拓展三相逆变器"自然软开关动作"状态为出发点,提出了一种可升压自然软开关变流技术控制机理。采用该技术的新型三相逆变器由于电路结构简单,控制方便可靠,因而能方便地作为电力有源滤波器的逆变器用于谐波补偿。主要研究了一种新型逆变器拓扑和新型自然软开关变流技术特性,通过对主电路的分析,导出了新型AC/DC/AC变换器拓扑采用了空间电压矢量法,结合所提出拓扑的特点,重点介绍如何采用锯齿载波空间矢量脉宽调制法来实现数字控制。最后进行了仿真实验验证了该变流控制技术的正确性和可行性。     

一种新型组合式DC/AC变换器

为了克服传统DC/AC变换器不能实现软开关控制或者需要使用高频变压器的缺点,介绍一种新型组合式DC/AC变换器拓扑,并介绍其工作原理。从系统控制的角度,对新型DC/AC变换器进行研究,借助于PSIM仿真软件,比较不同信号频率和不同输入电压的设计效果,列出仿真参数,给出负载电压以及调制给定电压和变换器输出电压的仿真结果。工频实验结果表明新型DC/AC变换器可以实现高频功率变换下交流逆变输出,证明理论分析的正确性。     

ZVT软开关三相PWM逆变器控制策略研究

探讨了一种交流谐振环节软开关逆变器的电路拓扑及其控制方法,在该拓扑下采用SAPWM调制的软开关实现策略,正负斜率交替的锯齿载波将所有功率开关器件的开通动作集在锯齿载波的垂直沿处,有利于软开关动作的实现.详细分析了该ZVT软开关拓扑的动作模式,建立了实现软开关动作的控制方法,并对系统进行了数字仿真.仿真结果表明采用该控制方法能实现逆变器功率开关器件的零电压软开关动作.     

基于SVM+PS调制的双向AC/DC矩阵变换器

此处针对双向AC/DC矩阵变换器在现有调制策略下存在功率因数不可控以及网侧输入电流总谐波畸变率(THD)大的问题,探讨一种空间矢量调制加移相(SVM+PS)的调制策略。首先介绍了电路拓扑的组成结构,其次在数学上推导出相电流与开关作用时间的非线性关系,并分析了SVM+PS调制策略下功率因数可控和THD小的理论,最后搭建一个500 W实验样机进行验证。实验结果表明系统可以实现功率因数可控,在不同负载下恒压输出100 V时,网侧输入电流正弦度良好,THD最小为1.74%。     

三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器及其控制策略

详细分析了三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器的电路结构、工作原理及其控制策略。通过比较三相输入电压值的大小,并结合输出电压误差放大信号与三角载波的比较结果,可确定该斩波器各开关管的工作状态。本文以传统的单相输出电压反馈控制策略为基础,提出了一种新颖的三相输出电压反馈控制策略。分别采用两种控制策略,对三相Buck型脉宽调制AC/AC交流斩波器进行了仿真比较研究,并研制了一台原理样机。仿真和实验结果表明:在相同工作条件下,该斩波器采用三相输出电压反馈控制比采用单相输出电压反馈控制具有更好的控制效果。     

两电平可升压自然软开关DC/AC逆变器控制模式与参数设计

介绍了一种能有效整合DC/DC和DC/AC两级电能变换的新型逆变器拓扑的四种基本控制时序。详细推导了该拓扑在正常工作时,对应直流输入电压,调制度,输出功率以及直流电感量选取之间的基本关系及设计准则。分析了为实现软开关动作,逆变器在三种直通模式下分别对应出现的最大电流应力。最后给出500W功率的样机设计实例,并通过实验加以验证。     

基于软开关图腾柱拓扑的AC/DC电源

在此采用两级AC/DC电源拓扑:前级采用硅(Si)基金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的图腾柱功率因数校正(Totem-pole PFC)电路,利用体二极管的反向恢复特性,采用简单的模拟控制方式,实现全范围输入电压下的软开关,降低开关损耗,满足高效、高功率密度的要求;后级采用基于氮化镓(GaN)器件的LLC软开关谐振变换电路.以第五届高校电力电子应用设计大赛要求为指标,研制了一台176～264V交流输入,400 W/48 V直流输出的实验样机,前级PFC峰值效率为98.5％,整机效率峰值为96.2％,整机功率密度达到3.76 W/cm3.实验结果验证了设计方案的可行性和先进性,为AC/DC电源的设计提供指导和帮助.     

ZVS三相逆变器PWM模式的特征分析

近年来零电压开关PWM变频技术受到人们的普遍关注。其基本思想是，通过零电压开关电路使逆变器主电路在各载波周期起始时刻产生谐振，确保各功率开关器件在主电路P、N极间电压为零期间进行动作切换。为了使谐振电路正常工作，通常采用正负斜率交替的锯齿波作为载波，这使得该PWM模式的零电压矢量的作用时间较传统硬开关SPWM模式发生了很大变化。本文利用空间电压矢量概念，深入分析了软开关PWM模式下磁链的运动轨迹。指出在硬开关PWM模式下，磁链的运动速度靠零空间电压矢量调节；而在软开关PWM模式下，空间电压矢量的作用时间发生了很大变化，有时甚至没有零空间电压矢量。但该模式依靠非零空间电压矢量进行调节，使得磁链的运动速度仍然保持与硬开关时完全相等。文章还分析了软开关PWM逆变器电流波形畸变的原因，并从磁链轨迹圆出发，提出相应的补偿方法。实验证明了该方法能有效地改善逆变器的输出电流波形。     

级联式Buck-Boost AC／AC变换器

详细分析了Buck型和Boost型AC/AC变换器的工作原理及其控制方法,在此基础上提出了一种新型级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其三模式控制策略.三模式控制策略是比较输入电压与基准输出电压的大小,使得变换器只有3种工作模式:Buck模式、Boost模式和滤波模式.该电路虽然由Buck型和Boost型AC/AC变换器2级变换器级联而成,并采用2级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,具有控制简单、变换效率高、开关管电压应力低等优点.仿真结果证明了级联式Buck-Boost AC/AC变换器及其控制策略的可行性和理论分析的正确性.     

升降式交流斩波器

介绍了一种新颖的Buck-Boost型交流斩波器.该交流斩波器将Buck-Boost型DC/DC变换器的开关管双向化,可实现单级降压或升压的AC/AC直接变换和能量双向流动.该变换器使用较少的功率器件实现了单级功率变换和能量双向流动,有利于提高变换器的功率密度和变换效率.详细研究了其工作模态和原理.分析了该变换器的两种PWM调制策略,并指出采用第2种调制策略可降低开关损耗.采用滞环电流控制的Buck/Boost型交流斩波器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持了输出电压波形的高度正弦化.仿真和实验验证了分析的正确性.     

正激式交-交型三电平AC/AC变换器

提出了正激式交-交型三电平AC/AC变换器电路拓扑,该电路拓扑由三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成,电路拓扑简洁,两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、输出滤波器前端获得三电平低频电压波,能够将一种不稳定畸变的高压交流电变换成同频率稳定的正弦交流电压,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础.本文分析研究了这类变换器的电压瞬时值反馈控制策略、工作模式与稳态原理,给出了变换器外特性及磁复位所需满足的条件,并与传统的正激式两电平AC/AC变换器进行了比较,得出可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论.最后通过原理试验波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性.     

基于三相AC/AC直接变换的AC/DC变换器研究

利用AC/AC矩阵式直接变换原理,分析了带有高频隔离变压器的AC/DC变换器电路工作模态。将基本空间矢量进行优化组合,解决了高频变压器双向磁化中的复位问题。从理论上推导了电压传输比,采用PI调节器实现了系统的闭环控制。通过数字仿真与实验验证了分析方法的正确性。     

改进型Zeta式三电平AC/AC变换器

为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量,基于多电平技术的相关原理,提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC/AC变换器,进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的电路仿真模型,给出了该变换器闭环控制的主电路图,对其进行了闭环控制仿真验证,得出了闭环控制电路各部分的输出波形,并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明:该改进型Zeta式三电平AC/AC变换器的拓扑结构简单,设计原理正确,控制方法简单可行,有较好的稳压功能。     

Boost型三电平AC/AC变换器

针对高输出交流电压的升压场合,研究Boost型三电平AC/AC变换器。相比于Boost型两电平AC/AC变换器,该变换器通过增加开关管数量和引进飞跨电容,构造了中间电平,可使开关管的电压应力降低一半,滤波器重量体积大大减小。其拓扑可以看成是两个输出电压极性相反的Boost型三电平DC/DC变换器组合而成,该变换器输入输出电压同相位,其飞跨电容电压等于输出电压的一半。详细分析其电路工作原理,给出一种新颖的控制策略,可对输出电压和飞跨电容电压同时进行控制;研制一台原理样机,给出了实验波形与测量结果。实验结果证实了理论分析的正确性和控制策略的可行性。     

Buck型AC/AC直接变换器

新颖Buck型AC/AC直接变换器使用了较少的功率器件实现单级功率变换和能量双向流动,利于提高变换器的功率密度和变换效率.本文给出了其工作模态和工作原理的详细分析,讨论了该变换器的两种PWM调制策略,并指出第二种调制策略可降低开关损耗.采用滞环电流控制的Buck型AC/AC直接变换器可对输入电压畸变进行有效抑制,保持输出电压高度正弦.仿真和实验验证了理论分析的正确性.     

AC/DC/AC调频式谐振高压试验电源控制策略

传统的调频式谐振高压试验电源采用模拟器件产生幅值、频率可调的正弦信号,由大功率三极管组成的多级放大电路得到大功率正弦信号,电路复杂、不易维护。提出以大功率开关器件IGBT产生局部放电试验或交流耐压试验所需的正弦信号。新型调频式谐振高压试验电源的系统主要由三相PWM整流电路、H桥逆变电路、输出滤波器、检测单元、DSP控制器及人机接口(键盘、液晶)组成。针对电压调节提出应用自适应PI的以电网电流为内环、直流电容电压为外环的双闭环控制策略,对于电压调节由三相PWM整流电路实现;针对频率调节提出应用比例积分锁相自动调频控制策略,频率调节由H桥逆变电路实现。采用Matlab/Simulink仿真工具搭建了系统的仿真模型,仿真及试验结果表明,所提出的控制方案动、静态性能良好,鲁棒性强。     

隔离式三电平交-交直接变换器

提出一种新型的隔离式三电平交一交直接变换器,该变换器可将不稳定的电网电压变换成稳定可调的优质正弦交流电.隔离式三电平交一交直接变换器拓扑由2个隔离式丘克(Cuk)变换器叠加组合而成,应用具有双向阻断功能的交流开关单元实现交流斩控.从理论上分析了该变换器的工作原理以及输出电感上出现的3种电平,公式推导了变换器输入/输出关系,制定了电压瞬时值反馈高频交流斩波的控制策略,给出了控制电路原理框图.通过对变换器建模仿真,结果证明了理论分析和控制策略的正确性,验证了变换器具有电气隔离、功率密度高、开关电压应力低、输出电压纹波小等特点.     

单相电压型Z源AC/AC变流器电路

提出了一种新型AC/AC变流器电路——单相电压型Z源AC/AC变流器;介绍了其电路拓扑、工作原理、控制方法等;给出了相应的仿真和实验结果。仿真和实验证实了该电路拓扑的合理性和优越性。