单级三电平交—交变换器的研究

论文摘要

本文将多电平的概念引入无中间直流环节的交-交变换器,提出了输入输出非共地的单级三电平交-交变换器拓扑族:Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic、Zeta式单级三电平交-交变换器。该类变换器具有开关管的电压应力低、单级功率变换、三电平波形、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平时的一半。并对该类变换器进行了改进,得到了输入输出共地的单级三电平交-交变换器拓扑族。重点分析了Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的工作模式,CCM和DCM模式下的输入输出特性以及外特性。提出了适用于Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的控制策略:输出电压瞬时值、隔直电容瞬时值双反馈控制策略。对Buck-Boost式单级三电平交-交变换器进行PSPICE仿真。仿真结果证实了Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的正确性和先进性。同时也验证了输出电压瞬时值、隔直电容电压瞬时值双反馈控制策略的正确性。研制输入电压Ui=220±10%VAC（50Hz）,输出电压Uo=180VAC（或240VAC）（50Hz）,额定容量S=500VA,开关频率Fs=50kHz的Buck-Boost式单级三电平交-交变换器原理试验样机,给出了试验结果和分析,并对两电平实验和三电平实验进行了对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 多电平变换器的发展现状
• 1.3 交-交变换器的发展现状
• 1.3.1 非电气隔离型交-交变换器
• 1.3.2 电气隔离型交-交变换器
• 1.4 多电平交-交变换器的发展现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 单级三电平交-交变换器的拓扑结构及特性分析
• 2.1 单级三电平交-交变换器拓扑族的提出
• 2.2 单级三电平交-交变换器电路拓扑族的改进
• 2.3 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器工作模式分析
• 2.4 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器输入输出特性分析
• 2.4.1 电感电流连续时变换器的工作原理和基本关系
• 2.4.2 电感电流断续时变换器的工作原理和基本关系
• 2.5 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的外特性分析
• 2.5.1 电感电流连续
• 2.5.2 电感电流断续
• 3 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的控制策略
• 3.1 变换器控制原理
• 3.2 控制电路均压问题的解决
• 3.3 变换器完整控制策略
• 4 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的仿真分析
• 4.1 电路仿真设计
• 4.2 稳态仿真分析与讨论
• 4.3 动态仿真分析和讨论
• 4.4 小结
• 5 Buck-Boost式单级三电平交-交变换器的设计和原理实验
• 5.1 系统组成与功率电路
• 5.2 控制电路
• 5.2.1 与电网电压同步的基准正弦波发生电路
• 5.2.2 隔直电容电压采样电路
• 5.2.3 误差放大电路
• 5.2.4 误差信号处理电路
• 5.2.5 三角波发生电路及处理电路
• 5.2.6 SPWM比较器
• 5.2.7 驱动信号产生电路
• 5.2.8 驱动电路
• 5.3 主要元器件设计和参数选择
• 5.3.1 开关频率选择
• 5.3.2 功率器件选择
• 5.3.3 储能电感设计
• 5.3.4 输入滤波器设计
• 5.3.5 输出滤波电容设计
• 5.3.6 隔直电容设计
• 5.4 实验结果与讨论
• 5.4.1 两电平实验
• 5.4.2 三电平实验
• 5.4.2 结果比较
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录