【正文】 MNEV?n如果忽略電阻 R，則 qsiidIV?co ()無功電流 ()?sin/)s(/)( ??????isidsq IXXVI ()diiq?n邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16有功電流 XVIiiqd?sn?復(fù)數(shù)功率 的定義是：電壓矢量 與電流共軛矢量 的乘積。當(dāng)電壓 較小， 時(shí)， 為正，Q 為正，即交流電源向 AC/DCi?cosi??sqI變換器輸出感性（滯后）無功功率、無功功率，或交流電源從 AC/DC 變換器輸入容性（超前）無功電流、無功功率。dIq邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17圖 中在一定的負(fù)載阻抗情況下，輸出直流電壓 的大小取決于有功功oV率 P 與負(fù)載消耗的功率 之間的平穩(wěn)關(guān)系，增大 P， 自然升高，反之， 降oP oV低，在一定的負(fù)載情況，保持 P 恒定， 隨之恒定不變，調(diào)節(jié) P 也就調(diào)節(jié)控制oV了輸出電壓 。 中含有和正弦信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波ABu載波有關(guān)的頻率很高的諧波，而不含有低次諧波。當(dāng)s Sis Sis滯后的相角為 ?，和完全同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為 1，是PWM 整流電路最基本的工作狀態(tài)。3S su電壓型 PWM 整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可以從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，使用時(shí)要注意電力半導(dǎo)體器件的保護(hù)；同時(shí)也要注意，向低調(diào)節(jié)就會(huì)使電路性能惡化，以至不能工作。 圖 三相橋式 PWM 整流電路 PWM 整流電路的控制方式根據(jù)有沒有引入電流反饋可以將這些控制方法分為兩種，沒有引入交流電流反饋的稱為間接電流控制，引入交流電流反饋的稱為直接電流控制?？刂葡到y(tǒng)是一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，其外環(huán)是直流電壓控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。在這里，高頻變壓器的作用有兩個(gè)：一是實(shí)現(xiàn)原方系統(tǒng)和副方系統(tǒng)的隔離，二是實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)變換。圖 中間變壓器結(jié)構(gòu)示意圖變壓器的容量 S 可以表示為 （）???N1N12N21N2輸 入 側(cè) 輸 出 側(cè)邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20其中 K 為銅飽和因數(shù)，f 為變壓器工作頻率， 為鐵芯面積， 為繞組面cAeA積，J 為導(dǎo)體的電流密度， 為最大的磁通密度。所以綜合而言，為了達(dá)到最佳效果，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)頻率與磁通密度之間的關(guān)。最適合替代硅鋼片，為用于 10kHz以下的變壓器的鐵芯。非晶合金絲材可用在結(jié)構(gòu)零件中，起強(qiáng)化作用。所以非晶合金的磁性能是非常靈活的，選擇余地很大。 隔離級(jí)控制方式由于該環(huán)節(jié)所起的作用僅僅為高頻調(diào)制，同步解調(diào)以及電壓等級(jí)變換，為了使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制更為簡(jiǎn)單，可采用將輸入環(huán)節(jié)整流輸出的直流電流經(jīng)過一個(gè)單相全橋變換器調(diào)制為高頻信號(hào)，該全橋變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是頻率為1000Hz，占空比為 50%的高頻方波。這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，同步問題容易解決。 T1 T3 T5T4 T6 T2VD/2VD/2 abc邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23圖 電壓型三相橋式逆變器其工作原理為：當(dāng) 導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) a 接于直流電源正端， ；當(dāng)1T 2/DaoVv?導(dǎo)通時(shí)，節(jié)點(diǎn) a 接于直流電源負(fù)端， 。圖 三相逆變器輸出線電壓波形 aocabv??（）其基波分量彼此自檢相差 120 度。面積等效原理是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 脈沖的面積（沖量）按正弦規(guī)律變化。 圖 用 PWM 波代替正弦半波 逆變電路控制方式PWM 控制方式可分為計(jì)算法和調(diào)制法。 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。在負(fù)載電流為正的區(qū)間， 和 導(dǎo)通時(shí)， = 。 總可以得到 和零兩種電平。 兩dU種電平。0i2V30i2VD3 0udU另一種三相橋式 PWM 逆變電路電路圖如 所示、波形圖如 所示。當(dāng) 時(shí)， 導(dǎo)通 關(guān)斷，則 =NUu?drUuc41VNUu?/2。 /2 兩種電平。當(dāng)臂 3 和 4 導(dǎo)通時(shí)， = 。39。1/3) 和dUd0 共五種電平組成。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似,故用 MATLAB 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強(qiáng)的工具包,控制工具包,信號(hào)處理工具包,通信工具包等都屬于此類。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C,FORTRAN 等語言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時(shí)它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。 Simulink 模塊庫提供了豐富的描述系統(tǒng)特性的典型環(huán)節(jié)，有信號(hào)源模塊庫(Source) ,接收模塊庫（ Sinks） ，連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Continuous） ，離散系統(tǒng)模塊庫（Discrete） ，非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫（Signal Routing） ，信號(hào)屬性模塊庫（Signal Attributes） ，數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫（Math Operations） ，邏輯和位操作庫（Logic and Bit Operations）等等，此外還有一些特定學(xué)科仿真的工具箱。 建模仿真及分析在前文已經(jīng)詳述高頻變壓器的各種實(shí)現(xiàn)方案與工作原理的基礎(chǔ)上,本節(jié)對(duì)高頻變壓器在運(yùn)行中的特性以及優(yōu)點(diǎn)在 MATLAB 的 Simulink 組件環(huán)境下進(jìn)行仿真研究,旨在說明高頻變壓器能保證原副方良好的電壓、電流波形。中間隔離級(jí)的功能是將原邊的交流禍合到副邊,因此只要保證高壓側(cè)的單相逆變電路和變壓器低壓側(cè)的單相整流電路分別實(shí)現(xiàn)高頻逆變、高頻整流即可,可以用開環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn),門極控制信號(hào)由 PWM Generator 產(chǎn)生。副邊逆變電路：開關(guān)頻率 fs=10kHz；輸出電壓的頻率 f=50HZ。應(yīng)用六脈沖發(fā)生器、PWM 波形脈沖控制調(diào)節(jié)控制靈活，也比較簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確的達(dá)到要求。從各優(yōu)化方面來說，高頻變壓器相對(duì)傳統(tǒng)變壓器的發(fā)展會(huì)更迅速、更有前景。同時(shí)提出本文研究方向：含直流 AC/DC/AC 高頻變壓器三級(jí)電路結(jié)構(gòu)研究。對(duì)新的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行了討論，同時(shí)分別對(duì)輸入級(jí)、中間隔離變壓器和輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師，她對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予了我很多你們的資料文獻(xiàn)，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。仿真結(jié)果表明，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高頻變壓器可以保證原副方良好的電壓、電流波形，并具備良好的控制特性。由此論證了高頻變壓器的可行性，并提出了高頻變壓器的研究方向。首先在結(jié)構(gòu)上是利用電力電子器件來完成的，其次在特性上，除了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)電壓的變換和能量的傳遞，它還具備電力電子裝置的特性。電壓、電流基本穩(wěn)定且相位相同，傳輸穩(wěn)定。輸出濾波器為 r 型濾波器，濾波電感為 lmH，濾波電容為10000uF，仿真時(shí)間 。原邊逆變電路：輸出頻率 f=1kHz。在高頻變壓器仿真模型中,采用通用橋式電路 Universal Bridge、 3 分別組成原邊整流電路、原邊逆變電路、副邊整流電路、副邊逆變電路。對(duì)于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過圖形界面，利用鼠標(biāo)單擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在紙上繪制系統(tǒng)的方框圖一樣簡(jiǎn)單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。其主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳效果來調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以使用。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。工具包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）304 建模仿真及結(jié)果分析 MATLAP/Simulink 簡(jiǎn)介 MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory ）的簡(jiǎn)稱。 WNVUNu???邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）29從波形和上式可以看出，負(fù)載相電壓的 PWM 波由(177。 rVudUrV rVu負(fù)載相電壓 可由下式求得 UNu ()39。 和 0 三種電平組成。當(dāng)給 ( )加導(dǎo)通信號(hào)時(shí)，可能是d1V4 1( )導(dǎo)通，也可能是二極管 ( )續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的14 1D4方向來決定。U 、V 和 W三相的 PWM 控制通常公用一個(gè)三角波載波 ，三相的調(diào)制信號(hào) 、 和curUur依次均相差 120176。當(dāng) 時(shí)， 和ru ruc1V導(dǎo)通， 和 關(guān)斷，這時(shí)如 0，則 和 通，如 0，則 和 通，4V23V0i1V40iD4不管哪種情況都是 = 。 圖 單向橋式 PWM 逆變電路圖雙極性 PWM （調(diào)制法）控制方式：在調(diào)制信號(hào) 和載波信號(hào) 的交點(diǎn)rucu時(shí)刻控制各開關(guān)器件的通斷。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為 和 導(dǎo)通時(shí)，因1V3D0u 1V為負(fù)，故 實(shí)際上從 和 流過，仍有 = 。單相橋式 PWM 逆變電路如圖 所示電路工作過程：工作時(shí) 和 通1V2斷互補(bǔ)， 和 通斷也互補(bǔ)，比如在 正半周， 導(dǎo)通， 關(guān)斷， 和3V4 0u1V23交替通斷。而調(diào)制法相對(duì)簡(jiǎn)單很多，因此現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用的主要是調(diào)制法。由直流電源供電， SPWM 波形是等幅不等寬。圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖圖 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形 用 PWM 波代替正弦半波如圖 所示，將正弦半波看成是由 N 個(gè)彼此相連的脈沖寬度為 ?/N，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。沖量即指窄脈沖的面積。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24 PWM 控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。按圖 中依順序標(biāo)號(hào)的開關(guān)器件其驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間相差 60 度。圖 隔離級(jí)電路結(jié)構(gòu)高 頻 變 壓 器單 相 全 橋 變 換 器 單 相 全 橋 變 換 器Ed邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22圖 控制全橋變換器的高頻方波 輸出級(jí)電路及控制方式 輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)由于該環(huán)節(jié)需要將前級(jí)電路輸出的直流電壓逆變成為三相交流電壓，因此選用如圖 所示的電壓型三相橋式逆變電路與濾波器構(gòu)成輸出環(huán)節(jié)。該交流電流經(jīng)高頻變壓器藕合到副方后送至另一組相同的單相全橋變換器，這組變換器的控制信號(hào)與原方變換器的控制信號(hào)相同，因此正好可以將高頻方波轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)。以鐵基非晶材料為例，它作為高頻變壓器的鐵芯(一般工作在 10kHz 以下)，可以在 130e 下長(zhǎng)時(shí)間工作。優(yōu)良的磁性：與傳統(tǒng)的金屬磁性材料相比，由于非晶合金原子排列無序，沒有晶體的各向異性，而且電阻率高，因此具有高的導(dǎo)磁率、低的損耗，是優(yōu)良的軟磁材料，代替硅鋼、坡莫合金和鐵氧體等作為變壓器鐵芯、互感器、傳感器等，以大大提高變壓器效率、縮小體積、減輕重量、降低能耗。 高強(qiáng)韌性：明顯高于傳統(tǒng)的鋼鐵材料，可以作復(fù)合增強(qiáng)材料。高頻變壓器的鐵芯材料與常規(guī)變壓器不同，通常采用非晶合金材料。但同時(shí)，變壓器的單位重量的鐵芯損耗可以表示為： （）21/50()FemfPB??式中， 是鐵芯損耗系數(shù)， 是頻率指數(shù)。高頻變壓器把輸入的高頻方波耦合到副方，由輸出級(jí)進(jìn)行變換處理。采用滯環(huán)電流比較的直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電流響應(yīng)速度快，控制運(yùn)算中未使用電路參數(shù)，系統(tǒng)魯棒性好，因而獲得了較多的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制環(huán)。 電路的工作原理也和前述的單相全橋電路相似，只是從單相擴(kuò)展到三相。以包含 的升壓斬波電路為例，當(dāng) 導(dǎo)通SL 2時(shí)， 通過 、 向 儲(chǔ)能，當(dāng) 關(guān)斷時(shí)， 中儲(chǔ)存的能量通過 、su2V4DSL2S 1向直流側(cè)電容 C 充電。在 一定的情況下， 的幅值和相位僅由 中基波分量suSi ABu的幅值及其與 的相位差來決定，改變 的幅值和相位，就可以使 和ABfus ABfuSi同相位、反相位， 比 超前 90176。 PWM 整流器控制整流電路可分為電壓型和電流型兩大類，目前研究和應(yīng)用較多的是電壓型PWM 整流電路。電壓數(shù)值高的電源才有可能向電壓低的電源輸出滯后的感性無功電流 和感性無功功率 Q。當(dāng)變換器交流輸入端電壓 滯后于 時(shí)，即滯后角 δ 為正值時(shí)，式iV?s?（） 、式（）的有功電流為正值，P 為正，表示交流電源輸出有功功率，經(jīng) AC/DC 變換器輸出直流電能給直流負(fù)載，變