单相电压型级联准Z源AC/AC变换器研究

摘要

目前我国经济以及工业水平发展迅速，对电能的质量要求越来越高，提高电能的质量势在必行。但是电网谐波的污染问题日益严重，这就需要电源设备具有更好的稳定性。开关电源因其轻量化和小型化的优点逐渐进入人们的视野，越来越多的应用于电气设备中。斩控调压和相控调压是目前工业生产中常用的两种AC/AC变换方式，然而因相控调压技术有诸多缺点，所以在实际生产中的应用远不如交流斩波控制调压技术广泛。交流斩波控制调压技术是一种基于PWM和全控型开关器件的交流调压技术，具有响应迅速、滤波简单等优点，发展前景非常广阔。准Z源变换器具有一个特别的电路网络，可对AC/AC斩波器进行控制，达到升压和降压的目的。准Z源网络能够将交流斩波器的功率电路与负载、电源很好的耦合起来，网络内部的电感和电容具有储能和滤波功能。
　　本论文提出了一种全新的级联准Z源网络，并将其应用于单相AC/AC变换器中。研究了单相级联准Z源AC/AC变换器的工作原理，分析了其工作过程，对输入和输出电压之间的关系进行了推导，得出其升压比，并与传统单相准Z源AC/AC变换器进行了对比。研究分析了主电路拓扑当中两大组开关管的控制方式，并确定选择互补控制方式对级联准Z源电路进行控制。通过分析计算，对级联准Z源网络、IGBT的缓冲电路、输出滤波电路的相关参数进行了设计。对单相电压型级联准Z源AC/AC变换器在采用闭环控制时的工作原理进行了研究分析，得出用单周期控制是最合适的控制方法的结论，并确定采用单周期控制的方案，使得AC/AC变换器具有优良的工作状态和性能。对系统进行了建模及计算机仿真，在仿真的基础上搭建出实验电路，实验结果和仿真结果共同验证了单相电压型级联准Z源AC/AC变换器优良的电压变换能力以及其可靠性和正确性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 交流调压器的发展现状

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 本文主要研究内容

2 单相级联准Z源AC/AC变换器的原理

2.1 AC/AC变换电路

2.2 调压方式的选取

2.3 双向开关的电路拓扑与特点

2.4 单相准Z源AC/AC变换器的简要分析

2.5 级联准Z源网络拓扑的提出

2.6 单相级联准Z源AC/AC变换器

2.7 本章小结

3 AC/AC变换电路的参数设计

3.1 主电路拓扑中器件的选取

3.2 IGBT的缓冲电路及其元器件的选取

3.3 输出滤波电路中电力电子器件的参数设计

3.4 本章小结

4 电压型级联准Z源AC/AC变换器的闭环控制

4.1 AC/AC变换器的控制技术

4.2 单周期控制理论

4.3 基于单周期控制原理的单相电压型级联准Z源AC/AC变换器

4.4 本章小结

5电路仿真及实验结果分析

5.1 单相交流斩波调压电路的建模仿真

5.2 单相电压型级联准Z源AC/AC变换器的建模仿真

5.3 硬件电路设计及实验验证

5.4 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况