组合式多电平AC-AC变换器研究

摘要

通过分析Buck、Boost和Buck-Boost三个基本变换器，定义了直流开关单元。将直流开关单元进行组合，得到交流多电平开关单元，并将这种多电平交流开关单元运用到基本变换器中，得到基本多电平AC-AC变换器，然后将基本多电平AC-AC变换器进行组合，提出了一族组合式多电平AC-AC变换器，(包括Buck TL(三电平three level的缩写)-Boost组合式三电平AC-AC变换器；Buck-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器；Buck TL-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器)，研究了Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器的工作原理和控制方案，实现了分压电容的均压策略，并通过PSPICE软件仿真，验证了组合式多电平AC-AC变换器拓扑方法的可行性和工作原理的正确性。并把这类组合式多电平AC-AC变换器改进成输入输出共地的组合式多电平AC-AC变换器(包括改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器；改进的Buck-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器；改进的Buck TL-Boost TL组合式三电平AC-AC变换器)。 以改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器为例，重点研究了该类变换器的四种工作模态和控制策略，提出了输出电压和浮动电容电压联合控制方案。在多电平AC-AC变换器中，实现了浮动电容电压的控制，分析了开关管电压应力，设计了主要元件参数等，通过软件仿真实验，对改进的Buck TL-Boost组合式三电平AC-AC变换器进行原理验证，最后制作原理实验样机，通过实验验证样机工作原理和控制方案的正确性。给出主要的实验结果，对样机网侧功率因数、总谐波失真和效率进行测试分析。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录

声明

1绪论

1.1交流变换器的发展

1.1.1非电气隔离式交流变换器

1.1.2电气隔离式交流变换器

1.2多电平AC-AC变换器的发展

1.3论文研究的主要内容和研究意义

1.3.1论文研究的主要内容

1.3.2论文研究的意义

2组合式多电平变换器拓扑

2.1组合式多电平DC-DC变换器拓扑

2.1.1直流基本开关单元及延拓

2.1.2组合式多电平DC-DC变换器拓扑

2.2组合式多电平AC-AC变换器拓扑

2.2.1交流开关单元及延拓

2.2.2组合式多电平AC-AC变换器拓扑

2.3小结

3组合式多电平AC-AC变换器原理研究与仿真实验

3.1组合式TLAC-AC变换器的工作原理和基本关系

3.1.1组合式TL-AC-AC变换器的工作原理

3.1.2组合式TLAC-AC变换器的基本关系

3.2组合式TLAC-AC变换器控制设计

3.2.1分压电容均压策略

3.2.2控制电路原理框图

3.3组合式TLAC-AC变换器仿真实验

3.4小结

4改进的组合式多电平AC-AC变换器拓扑及原理研究

4.1组合式多电平AC-AC变换器的改进

4.2改进的组合式TLAC-AC变换器工作原理

4.3改进的组合式TLAC-AC变换器的基本关系

4.4各开关管电压应力分析

4.5改进的组合式TLAC-AC变换器的控制电路设计

4.6改进的组合式TLAC-AC变换器的仿真实验研究

4.6.1改进的组合式TLAC-AC变换器的仿真实验参数

4.6.2改进的组合式TLAC-AC变换器的仿真实验结果与讨论

4.7小结

5改进的组合式TL AC-AC变换器样机制作与实验研究

5.1系统组成与功率电路

5.2控制电路

5.2.1与电网电压同步的正弦基准电路

5.2.2锯齿波发生电路

5.2.3采样电路

5.2.4误差放大电路与误差修正信号产生

5.2.5 PWM比较器

5.2.6信号选通电路

5.2.7基本门电路

5.2.8驱动电路

5.3功率电路参数设计

5.3.1电容参数确定

5.3.2储能电感参数设计

5.4功率开关管的选择

5.5实验研究与结果讨论

5.5.1控制电路调试

5.5.2样机原理实验

5.5.3网侧功率因数测试

5.5.4总谐波失真测试

5.5.5效率测试

5.6小结

6结论

致 谢

参考文献

附 录