【正文】 另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。(2) 對高頻變壓器的兩種具體實(shí)現(xiàn)方案及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，闡明了這兩種實(shí)現(xiàn)方案的電路結(jié)構(gòu)，三種經(jīng)典的拓?fù)潆娐?。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）35 圖 副方 A 相電壓、電流輸出波形圖如圖 為副邊 A 相電壓電流輸出波形圖，從圖上可以表明通過高頻變壓器完成從 1KV 到 220V 的降壓，中間電流頻率從工頻提高到 1KHz 利用高頻變壓器高頻傳送再降到工頻輸出。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）32邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）33圖 高頻變壓器仿真模型圖邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）34仿真的基本參數(shù)設(shè)置為：原邊整流電路：三相對稱電源電壓值em=1414v；電網(wǎng)頻率 fo=50Hz； L=lmH、C=2020uF；輸出電壓給定為1414V。 Simulink 為用戶提供了一個圖形化的用戶界面（GUI） 。在新的版本中也加入了對C， FORTRAN，C++ ，JAVA 的支持。 當(dāng)前流行的 MATLAB 和三十幾種工具包(Toolbox )。39。 NUu?V?NW? d輸出線電壓 PWM 波由177。 圖 三相橋式 PWM 型逆變電路V1VD1 V5VD5V2VD2V4VD4調(diào) 制電 路 D3V6VD6CCUd/2Ud/2 3UVWNurVrWuc邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）28圖 三相橋式 PWM 逆變電路波形 三相橋式 PWM 逆變電路（調(diào)制法） ，采用雙極性控制方式。在 的負(fù)半周，310 0u讓 保持通態(tài)， 保持?jǐn)鄳B(tài)， 和 交替通斷，負(fù)載電壓 可以得到 和2 3V4 dU零兩種電平。高頻變壓器 PWM 逆變電路可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)際應(yīng)用的邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）26PWM 逆變電路幾乎都是電壓型電路，因此我在本文應(yīng)用的是電壓型單相橋式PWM 逆變電路、三相橋式 PWM 逆變電路。 脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，也稱SPWM（Sinusoidal PWM）波形。 原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。同理，b 和 c 點(diǎn)也是根據(jù)4T 2/DoVv??上下管導(dǎo)通情況決定其電位的。因此，全橋變換器的輸出也為 1000Hz的高頻方波。另外，非晶合金具有優(yōu)良的耐磨性，再加上它們的磁性，可以制造各種磁頭。在這里，我們選用的工作頻率為 1kHz 左右。 中間變壓器中間變壓器由高頻變壓器充當(dāng)，高頻隔離變壓器不僅要完成高、低壓的隔離，還要實(shí)現(xiàn)降壓變換。間接電流 控制也稱為相位和幅值控制，按整流運(yùn)行的相量關(guān)系來控制整*du流橋交流輸入端電壓，使得輸入電流和電壓同相位，從而得到功率因數(shù)為 1 的控制效果。圖 單相全橋電路負(fù)載LsRsV1VD13ABV2 V4VD2D4VD3邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）18整流運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng) 0 時，由 、 、 、 和 、 、 、su2V4D1SL3V1D4分別組成了兩個升壓斬波電路。oV綜上所述，只要能對圖 中的 AC/DC 變換器進(jìn)行實(shí)時、適當(dāng)?shù)目刂疲苁棺儞Q器交流端的三相電壓為互差 的正弦波，控制三相變換器交流側(cè)電120?壓 的大小和相位，那么圖 所示的變換器就是一個理想的 AC—DC 雙向i?功率變換器。圖 中，Ss? sI??I （）qdsjI????dqIj??????因此再利用（）式得到有功功率 P 和無功功率 Q： （）sdssiqsiP=3VIco=3V/Xn/?? （）q coQin?定義 是交流電源流入雙向變換器的電流， 是 滯后 的功率因數(shù)角，sI? sI?sV?圖中矢量關(guān)系為 滯后于 的角度為 角，即 為正值，因而滯后的無功電流s?s? ?為正值，滯后的無功功率 Q 為正值，表示電源輸出落后于電壓 的inqsI?? s?電流 電源向變換器輸出滯后的無功功率，若 超前 一個角度（ 在橫軸上? sI?s? sI?方） ，則 為負(fù)值，那時 為負(fù)值，Q 為負(fù)值，表示電源輸入超前于電壓 的qI sV?電流，電源向變換器輸出超前的無功功率，或交流電源從變換器處得到（輸入）滯后的無功率。 PWM 整流器的結(jié)構(gòu)在圖 所示三相橋式 PWM 整流電路中，交流電源三相電壓 、()saVt、 經(jīng)電壓 L 和線路電阻 R 接到三相全控橋式變換器。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）133 高頻變壓器的電路結(jié)構(gòu)及控制方式 高頻變壓器的基本結(jié)構(gòu)綜上文所述本文介紹輸入極，隔離極與輸出極連接起來如圖 所示，即為本文中制作的高頻變壓器的總體電路結(jié)構(gòu)。該策略通過適當(dāng)?shù)目刂撇粌H可以實(shí)現(xiàn)輸入端的功率因數(shù)校正,還可以抑制諧波的雙向流動。V mS 1S 2L 1C 0R圖 buck 型交流變換器型高頻變壓器 該拓?fù)洳捎貌桓綦x buck 型變換器，圖 中的開關(guān)為交替導(dǎo)通的雙向流動開關(guān)。圖 三級結(jié)構(gòu)的 HFT 結(jié)構(gòu)圖它是一種模塊化的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，包括：輸入級，隔離級和輸出級。HFT 的另外一類實(shí)現(xiàn)方式可以概括為在變換過程中含有直流環(huán)節(jié)，通常是在高頻變壓器原副方均采用 AC/DC/AC 變換，其典型的實(shí)現(xiàn)方案框圖如 圖所示, 其工作過程為：工頻交流輸入經(jīng)三相全控整流器變換為直流，再通過一個單相全橋逆變電路被調(diào)制成為高頻方波后加載至高頻變壓器；在變壓器副方，高頻方波還原為直流電壓后再逆變?yōu)樗璧慕涣鬏敵?。?dāng)相角 θ≠ 時，0? 0?需在變壓器副方裝設(shè)輸出濾波器才能得到正弦波電壓。其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，即降頻。此外，由于 HFT 還具體積小、重量輕、空載損耗小等優(yōu)點(diǎn)，它還可以應(yīng)用在對設(shè)備的體積、重量有特殊求的場合，如航海、航空、航天等領(lǐng)域。 在變壓器的副邊, 高頻交流信號經(jīng)功率器件 S1′, S2′和 S3′同步還原為工頻交流輸出。這種 HFT 的首要設(shè)計目標(biāo)是減小變壓器體積和重量并提高其整體效率, 其工作原理為: 工頻信號先被變換為中頻信號(600 Hz～ 112 kHz) 后通過中頻隔離變壓器耦合到其副邊, 中頻信號隨后又被同步還原為工頻信號。對分布式電源的智能管理,電能質(zhì)量的提高以及不斷完善目前的電網(wǎng)功能并逐步向智能電網(wǎng)趨近,有著非常重要的意義。將高頻變壓器應(yīng)用到電力系統(tǒng)后,將會給電力系統(tǒng)帶來很多新的特點(diǎn),有助于解決電力系統(tǒng)中所面臨的許多新課題,主要表現(xiàn)在如下幾個方面:(1) HFT 作為一種高度可控的新型輸電設(shè)備,其原副方電壓的幅值和相位邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）3均可控,且可關(guān)斷故障大電流,這一特點(diǎn)應(yīng)用到電力系統(tǒng)后,將有望大幅度提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而隨著大功率電力電子元器件及其控制技術(shù)的發(fā)展，一種通過電力電子變換實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞的新型高頻變壓器得到了越來越多的關(guān)注。太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及小水電等分布式發(fā)電系統(tǒng)在整個能源結(jié)構(gòu)中的比重逐步上升，并有望將成為今后的主要能源來源。對新型高頻變壓器的原邊實(shí)施了 SPWM 調(diào)制策略，并對這種方案進(jìn)行了 Matlab/sirnulink 仿真研究，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，驗證了方案的正確性。因此，對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略開展研究是很有必要的，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。如何在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上盡量避免故障，保證供給用戶可靠和合乎標(biāo)準(zhǔn)的電能，確保用戶電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為急需解決的課題。由此可見，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，受到擾動影響較大時，傳統(tǒng)變壓器無法起到抑制擾動，增大系統(tǒng)阻尼，提高電能質(zhì)量，滿足用戶的要求的作用。因此，對其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制規(guī)律以及在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用開展研究是很有必要的，具有十分重要的理論意義和應(yīng)用價值。(5) 當(dāng)前電網(wǎng)中如諧波、電壓跌落、閃變等電能質(zhì)量問題日趨嚴(yán)重,將HFT 用于配電系統(tǒng)后,將能夠起到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器的作用。其研究成果在200V，3kVA 的實(shí)驗裝置上得到實(shí)現(xiàn)，開關(guān)頻率達(dá)到 15kHz，但其缺點(diǎn)在于效率較低，大約在 80%~90%左右。但變壓器副邊波形基本是對原邊波形的還原, 可控性不高。輸入級各模塊為單位功率因數(shù)整流器，但是這些實(shí)現(xiàn)方案，由于受當(dāng)時大功率電力電子器件以及電力電子技術(shù)發(fā)展水平的限制，而且這方面理論本身不成熟，因而都未能進(jìn)入實(shí)用化。 本文的主要工作本文的主要目的是在綜合了解國內(nèi)外高頻變壓器研究的基礎(chǔ)上，利用仿真的方式對高頻變壓器進(jìn)行研究并給出相關(guān)結(jié)論，對高頻變壓器進(jìn)行初步的研究和分析。如圖 所示為直接 AC/AC 變換的 HFT 原理框圖，這種方案具有變換環(huán)節(jié)少，結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，可以較大幅度的減小變壓器的體積和重量，但是其可控性不強(qiáng)。同 所提出的高頻變換相似，這也是一種相控變換器，當(dāng)調(diào)整相移角 θ 時也可以有限度的改變輸出電壓基波的幅邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9值，但當(dāng) θ≠ 時，也需額外加裝輸出濾波器。這種方案由于采用了整體變換結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)比較簡明，功率器件相對較少。 高頻變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11根據(jù)文獻(xiàn),國外對高頻變壓器電力電子變壓器的研究已有近 10 年歷史,國內(nèi)目前還處于起步階段。但該方案邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12可控性不高，電壓電流應(yīng)力大，副方電壓波形僅僅是對原方電壓波形的還原，電壓波形的還原還必須保證整流模塊和逆變模塊開關(guān)同步。(3)上述研究成果沒有較好地解決多重化中的模塊均壓問題,當(dāng)電網(wǎng)脈動或負(fù)載切換時會導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低。目前采用的常規(guī)整流環(huán)節(jié)多為二極管不控整流或者晶閘管相控整流電路，因而對電網(wǎng)注入了大量的諧波以及無功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染” 。理想的三相橋式變換器交流側(cè)相電壓應(yīng)是： )sin(2)(????wtVtvia （）120?iib )()(?ttiic式中 是三相橋式交流輸入端相電壓有效值，δ 是 落后 的相位落后角，iV sI?sV?各矢量關(guān)系如 圖。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。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。 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。采用滯環(huán)電流比較的直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，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。但同時，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。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 下長時間工作。圖 隔離級電路結(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（論文）22圖 控制全橋變換器的高頻方波 輸出級電路及控制方式 輸出級的結(jié)構(gòu)由于該環(huán)節(jié)需要將前級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)。邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）24 PWM 控制的基本原理PWM（Pulse Width Modulation）控制就是對脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。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。而調(diào)制法相對簡單很多，因此現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用的主要是調(diào)制法。在負(fù)載電流為負(fù)的區(qū)間，仍為 和 導(dǎo)通時，因1V3D0u 1V為負(fù)，故 實(shí)際上從 和 流過，仍有 = 。當(dāng) 時， 和ru ruc1V導(dǎo)通， 和 關(guān)斷，這時如 0，則 和 通，如 0，則 和 通，4V23V0i1V40iD4不管哪種情況都是 = 。當(dāng)給 ( )加導(dǎo)通信號時，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。 rVudUrV rVu負(fù)載相電壓 可由下式求得 UNu ()39。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）304 建模仿真及結(jié)果分析 MATLAP/Simulink 簡介 MATLAB 是矩陣實(shí)驗室（Matrix Laboratory ）的簡稱。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。其主要功能是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對系統(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)。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。輸出濾波器為 r 型濾波器，濾波電