【正文】 研究人員近年來都在積極探索研究新型的電力變壓器。(6）含有智能控制原件,一方面可以實現(xiàn)裝置的自檢測、自診斷、自保護、自修復等功能,另一方面可以實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信,對于實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化具有積極意義。HFT 的作為智能設備,具有一定的思維判斷功能及執(zhí)行功能,能自動適應智能電網(wǎng)的控制需要。M 大學提出了一種基于直接 AC/AC 變換的 HFT 的結(jié)構(gòu)?！? 這種變壓器的工作過程為: 輸入三相電源的線電壓通過功率開關(guān) S1, S2和 S3 被調(diào)制成高頻交流加載至高頻變壓器的原邊。將 HFT 應用于輸電系統(tǒng)中取代發(fā)電機——變壓器組中的傳統(tǒng)變壓器后，利用其原副方電壓的幅值和相位均控，可關(guān)斷故障大電流的特點能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；當將其應用于配電系統(tǒng)中時，HFT 既具有變壓器的一般的功能，如電能傳輸、隔離變換等，又具有抑制諧波向流動、防止負載側(cè)出現(xiàn)故障影響電源電壓、消除電壓跌落與升高以及過電壓、欠壓等電源側(cè)電壓的干擾對負荷的影響，對各種電量進行監(jiān)測、顯示、分析處理來判各種異常情況,以對其自身和系統(tǒng)進行保護并給出報警信號和故障類型等特點，因而可以通過 HFT 向那些對電能質(zhì)量敏感負荷供電，如造紙廠、邵陽學院畢業(yè)設計（論文）5紡織廠、擠塑機、生精密機械的汽車零件制造、大型泵體鍛造企業(yè)以及半導體制造業(yè)、銀行、電信、軍事、醫(yī)療、化工等領域，進而產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。邵陽學院畢業(yè)設計（論文）6邵陽學院畢業(yè)設計（論文）72 高頻變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理 高頻變壓器的工作原理高頻變壓器（HFT）利用電磁感應原理進行工作，是一種可以通過電力電子變換實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞的新型變壓器，基本原理框圖如圖 所示。當開關(guān)為理想開關(guān)且相移角 θ= 時，副方電壓波形即是對原方波形的還原。負載U iABAS 1S 3S 1 `S 3 `S 4 S 2S 4 `S 2 `ABBAB圖 直接 AC/AC 變換的 HFT 結(jié)構(gòu)圖 應用 AC/DC/AC 變換的高頻變壓器中間變換含有直流環(huán)節(jié)的 HFT 的工作原理為：工頻交流輸入經(jīng)整流器變換為直流，再通過逆變電路被調(diào)制成為高頻方波后加載至高頻變壓器一次側(cè)繞組，并被耦合到高頻變壓器的二次側(cè)繞組，隨后，高頻方波被整流成直流電壓，再逆變?yōu)樗璧慕涣鬏敵?。圖 基于 AC/DC/AC 變換器的 HFT 結(jié)構(gòu)圖1999 年 Ronan 和 Sudnoff 提出的一種降壓變壓器方案如圖 所示是三級結(jié)構(gòu)組成的 HFT。最初的一臺高頻變壓器是由美國電力科學研究院于 1995 年完成的實驗樣機,其拓撲如圖 所示。工頻交流電通過三相 boost 變換器整流得到直流電,并經(jīng)過 DC/DC 變換后通過三相逆變得到三相交流電。通常采用 2 個電容串聯(lián)取其連接點作為三相輸出的共地端,但存在直流利用率過低的缺點。同時，和晶閘管相控整流器一樣，其輸出直流電壓也可控。變換器交流輸入端電壓矢量 的 d 軸分量 和 q 軸為分量 為i? idiqV ()qsiid RIFKHOF????cos ()diiq XIMNEV?n如果忽略電阻 R，則 qsiidIV?co ()無功電流 ()?sin/)s(/)( ??????isidsq IXXVI ()diiq?n邵陽學院畢業(yè)設計（論文）16有功電流 XVIiiqd?sn?復數(shù)功率 的定義是：電壓矢量 與電流共軛矢量 的乘積。dIq邵陽學院畢業(yè)設計（論文）17圖 中在一定的負載阻抗情況下，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 。當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)。 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。在這里，高頻變壓器的作用有兩個：一是實現(xiàn)原方系統(tǒng)和副方系統(tǒng)的隔離，二是實現(xiàn)電壓等級變換。所以綜合而言，為了達到最佳效果，必須優(yōu)化設計頻率與磁通密度之間的關(guān)。非晶合金絲材可用在結(jié)構(gòu)零件中，起強化作用。 隔離級控制方式由于該環(huán)節(jié)所起的作用僅僅為高頻調(diào)制，同步解調(diào)以及電壓等級變換，為了使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制更為簡單，可采用將輸入環(huán)節(jié)整流輸出的直流電流經(jīng)過一個單相全橋變換器調(diào)制為高頻信號，該全橋變換器的驅(qū)動信號是頻率為1000Hz，占空比為 50%的高頻方波。 T1 T3 T5T4 T6 T2VD/2VD/2 abc邵陽學院畢業(yè)設計（論文）23圖 電壓型三相橋式逆變器其工作原理為：當 導通時，節(jié)點 a 接于直流電源正端， ；當1T 2/DaoVv?導通時，節(jié)點 a 接于直流電源負端， 。面積等效原理是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎。 脈沖的面積（沖量）按正弦規(guī)律變化。 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應用最多。 總可以得到 和零兩種電平。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。 /2 兩種電平。39。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、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捷得多。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、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捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點,使MATLAB 成為一個強大的數(shù)學軟件。 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） ，信號屬性模塊庫（Signal Attributes） ，數(shù)學運算模塊庫（Math Operations） ，邏輯和位操作庫（Logic and Bit Operations）等等，此外還有一些特定學科仿真的工具箱。中間隔離級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現(xiàn)高頻逆變、高頻整流即可,可以用開環(huán)控制方式實現(xiàn),門極控制信號由 PWM Generator 產(chǎn)生。應用六脈沖發(fā)生器、PWM 波形脈沖控制調(diào)節(jié)控制靈活，也比較簡單，能準確的達到要求。同時提出本文研究方向：含直流 AC/DC/AC 高頻變壓器三級電路結(jié)構(gòu)研究。尤其要強烈感謝我的論文指導老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。在此向幫助和指導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者。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。電壓、電流基本穩(wěn)定且相位相同，傳輸穩(wěn)定。原邊逆變電路：輸出頻率 f=1kHz。對于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過圖形界面，利用鼠標單擊和拖拉方式，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?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?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，用戶可以直接進行下載就可以使用。工具包又可以分為功能性工具包和學科工具包。 WNVUNu???邵陽學院畢業(yè)設計（論文）29從波形和上式可以看出，負載相電壓的 PWM 波由(177。 和 0 三種電平組成。U 、V 和 W三相的 PWM 控制通常公用一個三角波載波 ，三相的調(diào)制信號 、 和curUur依次均相差 120176。 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 和載波信號 的交點rucu時刻控制各開關(guān)器件的通斷。單相橋式 PWM 逆變電路如圖 所示電路工作過程：工作時 和 通1V2斷互補， 和 通斷也互補，比如在 正半周， 導通， 關(guān)斷， 和3V4 0u1V23交替通斷。由直流電源供電， SPWM 波形是等幅不等寬。沖量即指窄脈沖的面積。按圖 中依順序標號的開關(guān)器件其驅(qū)動信號之間相差 60 度。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與原方變換器的控制信號相同，因此正好可以將高頻方波轉(zhuǎn)換為直流信號。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。高頻變壓器把輸入的高頻方波耦合到副方，由輸出級進行變換處理?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制環(huán)。以包含 的升壓斬波電路為例，當 導通SL 2時， 通過 、 向 儲能，當 關(guān)斷時， 中儲存的能量通過 、su2V4DSL2S 1向直流側(cè)電容 C 充電。 PWM 整流器控制整流電路可分為電壓型和電流型兩大類，目前研究和應用較多的是電壓型PWM 整流電路。當變換器交流輸入端電壓 滯后于 時，即滯后角 δ 為正值時，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載，變換器工作于整流狀態(tài)；反之當變換器交流輸入端電壓 的相位超前 時，那時滯后角 δ 為負值， 為負值，i? s? dIP 為負，表示交流電源輸入有功功率，即 AC/DC 變換器將直流電源電能變?yōu)榻涣麟娔芊此徒o交流電源，變換器工作于逆變狀態(tài)。 ~ 為 6 個()sbVtsct 1T有反并聯(lián)二極管的自關(guān)斷器件。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點為：原方輸入電流的相位可調(diào)，可以運行于單位功率因數(shù)，且電流波形諧波較小，對電網(wǎng)污染不大；整個裝置能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)鐵芯變壓器的隔離原副方與電壓等級變換的功能，容量一定時體積比傳統(tǒng)變壓器減??；當副方輸出逆變器采用 SPWM 脈寬波控制時，可以通過調(diào)節(jié)調(diào)制比來穩(wěn)定副方輸出電壓。但是,每個獨立單元使用 20 只功率管,若采用多重化串聯(lián)技術(shù),則會造成電路成本升高,控制復雜,并且電路的故障點增多,從而導致系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高。該拓撲的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但存在的不足是每個開關(guān)都承受原邊電壓和輸出副邊電流，使得開關(guān)的驅(qū)動、絕緣和控制都變得困難；同時，拓撲沒有實現(xiàn)電氣隔離，電路不能抑制輸入的電流諧波和調(diào)整功率因數(shù)。輸入部分由若干模塊串聯(lián)而成，這樣均分到每一模塊上電壓比較低，采用低壓器件即可滿足要求。圖 含直流環(huán)節(jié)的 HFT 框圖該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，功率器件數(shù)相對較少。低頻交流高頻交流高頻變壓器高頻交流低頻交流交流輸入交流輸出圖 直接 AC/AC 變換的 HFT 原理框圖負載S 4S 3S 1S 2U圖 具有高頻連接的變換電路美國德州 Aamp。通過采用適當?shù)目刂品桨竵砜刂齐娏﹄娮友b置的工作，從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。自上世紀末以來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，世界各國對電能的需求進一步加強，對電網(wǎng)安全和線路承載能力的壓力也隨之加大，在這一背景之下，靈活交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission System，F(xiàn)ACTS）技術(shù)應運而生。 ， 構(gòu)成了iLiCLC 濾波器以減小變換器對電源注入的諧波電流。為邵陽學院畢業(yè)設計（論文）4了減小器件開關(guān)過程中由于電流突變造成的過電壓, 該方案采用了一種 4 級開關(guān)控制策略, 可使功率器件在無吸收電路的條件下安全換向。 當前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1970 年，美國 GE 公司的 Murray 首先提出了一種具有高頻連接的 AC/AC 變換電路，這種高頻變換原理已成為后來基于直接 AC/AC 變換的高頻變壓器發(fā)展的基本思路。(2) HFT 交直流環(huán)節(jié)兼有,所以可靈活地將各種分布式電源接入電力系統(tǒng)。該類高頻變壓器是一種含有電力電子變換器且通過高頻變壓器實現(xiàn)磁耦合的變電裝置，它通過電力電子變換技術(shù)和高頻變壓器實現(xiàn)電力系統(tǒng)中的電壓變換和能量傳遞。分布式電源容量小，分布廣，交直流電源兼有，且電源電壓或頻率具有較大的波動性,如何有效可靠地將它們?nèi)谌腚娏ο到y(tǒng)也是今后需要解決的問題之一。關(guān)鍵詞：高頻變壓器；拓撲；建模仿真邵陽學院畢業(yè)設計（論文）IIAbstractThe hi