【正文】 感為 lmH，濾波電容為10000uF，仿真時間 。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。仿真結(jié)果表明，該拓撲結(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。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予了我很多你們的資料文獻，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。對新的結(jié)構(gòu)的特點進行了討論，同時分別對輸入級、中間隔離變壓器和輸出級的結(jié)構(gòu)進行了簡要的分析。從各優(yōu)化方面來說，高頻變壓器相對傳統(tǒng)變壓器的發(fā)展會更迅速、更有前景。副邊逆變電路：開關(guān)頻率 fs=10kHz；輸出電壓的頻率 f=50HZ。 建模仿真及分析在前文已經(jīng)詳述高頻變壓器的各種實現(xiàn)方案與工作原理的基礎(chǔ)上,本節(jié)對高頻變壓器在運行中的特性以及優(yōu)點在 MATLAB 的 Simulink 組件環(huán)境下進行仿真研究,旨在說明高頻變壓器能保證原副方良好的電壓、電流波形。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)。學科工具包是專業(yè)性比較強的工具包,控制工具包,信號處理工具包,通信工具包等都屬于此類。1/3) 和dUd0 共五種電平組成。當臂 3 和 4 導通時， = 。當 時， 導通 關(guān)斷，則 =NUu?drUuc41VNUu?/2。 兩dU種電平。在負載電流為正的區(qū)間， 和 導通時， = 。 圖 用 PWM 波代替正弦半波 逆變電路控制方式PWM 控制方式可分為計算法和調(diào)制法。 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。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。這種控制方式的優(yōu)點是控制系統(tǒng)簡單，同步問題容易解決。所以非晶合金的磁性能是非常靈活的，選擇余地很大。最適合替代硅鋼片，為用于 10kHz以下的變壓器的鐵芯。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)邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（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 為導體的電流密度， 為最大的磁通密度?？刂葡到y(tǒng)是一個雙閉環(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)。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)，使用時要注意電力半導體器件的保護；同時也要注意，向低調(diào)節(jié)就會使電路性能惡化，以至不能工作。 中含有和正弦信號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。當電壓 較小， 時， 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。sV圖 三相橋式 PWM 整流電路則理想的交流——直流變換應該是 )sin(2)(????wtItia 120?b邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）15（） )120sin(2)( ??????wtItic式中 是交流電源流入雙向變換器的電流有效值。該設(shè)計結(jié)構(gòu)采用整體變換結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡明，功率器件相對較少；可以實現(xiàn)輸入端功率因數(shù)校正，同時可以抑制諧波的雙向流動。但是,目前的高頻變壓器仍存在以下不足:(1)對于大功率三相整流裝置,通常采用全解耦三相功率因數(shù)校正電路抑制電流諧波,其電路拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略過于復雜。負載U iABAS 1S 3S 1 `S 3 `S 4 S 2S 4 `S 2 `ABBAB圖 交交交變換型高頻變壓器圖 中開關(guān)均為雙向開關(guān)管，以保證能量的雙向流動。交流電壓通過輸入級變換為直流，隔離級將直流變換為高頻方波經(jīng)高頻變壓器后又還原為直流，隔離級的輸入直流信號并聯(lián)后接入輸出級，輸出級將直流逆變?yōu)楣ゎl信號。不過，隨著單個器件耐壓水平的提高，這種結(jié)構(gòu)在將來還是有應用前景的。這種高頻電力電子變壓器的首要設(shè)計目標是減小變壓器的體積和重量并提高其整體效率，其工作原理為：工頻信號首先被變換為高頻信號（600Hz 到）后通過隔離變壓器耦合到其副方，高頻信號隨后又被同步還原為工頻信號。圖 高頻變壓器基本原理框圖根據(jù)在電力電子變換過程中是否存在直流環(huán)節(jié)，變壓器的具體實現(xiàn)方案可分為兩種形式：一種是在變換過程中不含直流環(huán)節(jié)，即直接 AC/AC 變換；另一種是在變換過程中存在直流環(huán)節(jié)，即 AC/DC/AC 變換。該理論的一些重要應用如可控串補，綜合潮控制器等器件在電力系統(tǒng)中正發(fā)揮著重要的作用。Ronan 和 Sudnoff 于 1999 年提出了一種由輸入級(高壓級)、隔離級和輸出級(低壓級)三級結(jié)構(gòu)組成的高頻變壓器。試驗表明, 對于常規(guī)變壓器, 當其工作頻率由60 Hz 提高到 110 kHz 后, 變壓器的輸送容量可提高 3 倍, 效率也有所提高。其后，由美國電力科學研究院(EPRI)贊助的一個研究項目也研制出了另一種基于AC/AC 變換的固態(tài)變壓器。(4) 與 HFT 相聯(lián)的同步發(fā)電機可實現(xiàn)異步化運行。因此，作為輸配電系統(tǒng)最基本的組成設(shè)備，這種新型變壓器具備解決電力系統(tǒng)中面臨的許多新課題的潛力，有廣闊的應用前景。目前，傳統(tǒng)的電力變壓器通常采用鐵芯油浸式，具有制作工藝簡單、可靠性高等優(yōu)點，但是缺點也十分明顯，包括：體積、重量大，空載損耗較高，變壓器油對環(huán)境存在威脅，其主要作用是變壓和隔離，功能比較單一，鐵芯飽和時，會產(chǎn)生諧波，在投入電網(wǎng)時還會造成較大的勵磁涌流。由于部分電網(wǎng) 500 千伏網(wǎng)架薄弱，為保證電網(wǎng)可靠性，被迫采用 500 千伏與 220 千伏電磁環(huán)網(wǎng)運行，電磁環(huán)網(wǎng)問題影響了輸電能力的充分發(fā)揮，使輸電斷面的穩(wěn)定水平降低。 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文 )課 題 名 稱 高 頻 變 壓 器 的 建 模 與 仿 真 學 生 姓 名 學 號 系 、 專 業(yè) 電 氣 工 程 系 、 0 級 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 指 導 教 師 職 稱 講 師 2020 年 5 月 15 日邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）I摘要高頻變壓器是一種含有電力電子變換器且通過變壓器實現(xiàn)磁耦合的變換裝置，它通過電力電子變換技術(shù)和變壓器實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞。同時，我國處于全國聯(lián)網(wǎng)的初期，聯(lián)網(wǎng)要經(jīng)過一個由弱到強的過程，交流弱聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題十分突出。電力變壓器自 19 世紀被發(fā)明以來，已經(jīng)成為輸配電系統(tǒng)的基本組成設(shè)備，數(shù)量巨大。其突出特點在于它可以實現(xiàn)對變壓器原副方電壓幅值和相位的靈活控制，可以滿足未來電力系統(tǒng)的很多新的要求，包括：更高的穩(wěn)定性，實現(xiàn)更加靈活的輸電方式，整合各種交直流分布式電源，以及實現(xiàn)電力市場下對功率潮流的實時控制。(3) HFT 具有高度的可控性,廣泛應用后,將能夠在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件下實現(xiàn)對潮流的實時靈活控制。1980 年，美國海軍的一個研究項目提出了一種由 AC/AC 的降壓變換器構(gòu)成的固態(tài)變壓器(Solid State transformer)。中頻隔離變壓器采用了常規(guī)的硅鋼鐵心變壓器。此方案的特點是結(jié)構(gòu)和控制簡單, 功率器件數(shù)少, 成本低, 但由于工作過程中電流斷續(xù), 會造成器件兩端出現(xiàn)尖峰電壓, 且輸出電壓諧波較大。其主要內(nèi)涵為利用大功率電力電子元件替代傳統(tǒng)阻抗控制元件，功角控制元件和電壓控制元件上的機式控制開關(guān)，從而使電力系統(tǒng)中影響潮流分布的三個重要參數(shù)電壓，阻抗及功率角以按照系統(tǒng)的需要迅速調(diào)整，在不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，使電網(wǎng)的功率輸送能力及潮流和電壓的可控性大為提高。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質(zhì)的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升，而飽和磁通密度與工作頻率成反比，這樣提高其工作頻率就可提高鐵芯的利用率，從而減小變壓器的體積并提高其整體效率。M 大學的 Moonshik Kang 和 Enjeti 提出了一種基于直接AC/AC 變的高頻電力電子變壓器的結(jié)構(gòu)，其一相電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。但同時要求高壓側(cè)功率器件有較高的電壓等級并且需多級串聯(lián)，使相應的交流輸入 低 頻交 流 直 流 直 流 高 頻交 流 高 頻交 流 直 流 直 流 低 頻交 流高 頻 變 壓 器 二 次 側(cè) 電 力 電 子 變 換 器一 次 側(cè) 電 力 電 子 變 換 器 交流輸出邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）10成本提高，設(shè)計難度加大。輸入級各模塊為單位功率因數(shù)整流器。 隨后，美國得州大學 等人于 1999 年提出了原方調(diào)制、副方解調(diào)、中間通過高頻變壓器隔離的交交交高頻變壓器，其拓撲結(jié)構(gòu)如圖 所示。從總體上看,上述高頻變壓器的研究成果完成了輸電網(wǎng)電壓變換和電能傳輸?shù)幕竟δ?能夠抑制負載端和電網(wǎng)的電流諧波,同時實現(xiàn)了輸出端電壓的穩(wěn)定。圖 高頻變壓器的模型結(jié)構(gòu)圖高頻變壓器采用雙直流結(jié)構(gòu)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中間變壓器；耦合到變壓器二次側(cè)后，高頻方波被整流成直流電壓，再逆變?yōu)樗璧慕涣鬏敵?。輸出端接大電?C 及后級電路，直流側(cè)電壓為平穩(wěn)的直流 ，三相橋式變換器交流輸入端交流相電壓為 、o ()iat、 ，電流為 、 、 ，如果交流電源電壓為()iatiataibciwtVtvssin2)(?? ())120(??bi)(?ttssc式中 為交流電源相電壓有效值。當電壓 較大，以致 為負時，則 為負，Q 為負，即交流iV? XVis/)co(??qI電源向 AC/DC 變換器輸出容性（超前）無功電流、無功功率、或交流電源從AC/DC 變換器輸入感性（滯后）無功電流、無功功率。單相全橋工作原理：按照正弦信號波和三角波相比較的方法對圖 中的 進行 SPWM 控制，就可以在橋的交流輸入端 AB 產(chǎn)生一個 SPWM 波1V4。當 0 時，由 、 、 、 和 、 、4 su132S4 分別組成了兩個升壓斬波電路，工作原理和 0 時類似。直接電流控制：通過運算求出交流輸入電流指令值，再引入交流電流反饋，通過對交流電流的直接LRV1 VD1AV4 V6VD4D6VD3VD2VD5uaubuciaibic CBC udc3 5邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）19控制而使其跟蹤指令電流值。其原方有多個輸入繞組，數(shù)量與輸入級串聯(lián)的功率模塊數(shù)匹配，副方只有一個繞組，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。非晶材料磁強(飽和磁感應強度可達 ～) 、軟磁性能優(yōu)于硅鋼片。靈活的處理工藝：和其它磁性材料相比，非晶合金具有很寬的化學成分范圍，而且即使同一種材料，通過不同的后續(xù)處理能夠很容易地獲得所需要的磁性。電路結(jié)構(gòu)與控制信號見圖 。若每個開關(guān)管的驅(qū)動信號持續(xù) 180 度，則在任何時候都有三個開關(guān)管導通，并按照 ，4，5，6，1，2 的順序?qū)?，從而能獲得所示的線電壓。 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應波形基本相同?；诘刃娣e原理，PWM 波形還可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。4負載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段區(qū)間為正，一段區(qū)間為負。在 的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得ru的 PWM 波也是有正有負，在 的一個周期內(nèi)，輸出的 PWM 波只有177。 rWu電路工作過程（U 相為例）當 時，上橋臂 導通，下橋臂 關(guān)斷，則 U 相相對于直流電源假rc1V4V想中點 N’的輸出電壓 = / 2。 當臂 1 和 6 導通時，d= 。2/3) 、(177。功能工具包用來擴充 MATLAB 的符號計算,可視化建模仿真,文字處理及實時控制等功能。MATLAB 有著強大的功能，可以用來進行多種工作，具體如下： 數(shù)值分析、數(shù)值和符號計算、工程與科學繪圖、控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真、數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通訊系統(tǒng)設(shè)計與仿真、財務(wù)與金融工程等Simulink 是 Matlab 軟件下的一個附加組件，是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）31行建模、仿真和分析的 MATLAB 軟件包。不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與 MATLAB、C 或者 FORTRAN 語言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴展了它的功能。高頻