【正文】 (4) 本文對三級電路拓撲結構的高頻變壓器進行了仿真研究。輸出線電壓給定為 220v。在其下提供了豐富的仿真模塊。為了防止上下兩個臂直通而造成短路，切換時要留一小段上下臂都施加關斷信號的死區(qū)時間。 和 的驅動信號始終是互補的。 關斷時，負載電流1V40udU4通過 和 續(xù)流， =0。 將圖 、 b、c 、d 所示的脈沖作為輸入，加在圖 所示的 RL 電路上，設其電流 i(t)為電路的輸出，圖 給出了不同窄脈沖時 i(t)的響應波形。如果不考慮高頻變壓器的過渡過程，中間隔離級可以看作一個比例放大器： 12dcdcuk?（）式中：k 為高頻變壓器變比。非晶材料主要有鐵基非晶合金、鐵鎳基非晶合、鐵基納米合金( 超微晶合金) 等，其特點有：高強韌性，優(yōu)良的磁性及靈活的處理藝。指令信號和實際交流電流信號比較后，通過滯環(huán)對器件進行控制，便可使實際交流輸入電流跟蹤指令值。由于 的濾波作用， 脈動SLSi很小，可以忽略，所以當正弦信號波的頻率和電源頻率相同時， 也為與電源Si頻率相同的正弦波。 是 滯后 的功率因sI sI?sV?數(shù)角。(2)由于開關損耗過大,開關頻率受到限制。本方案是一種比較經(jīng)濟、實用、可行性較高的方案。由于在其他條件不變的情況下，變壓器的體積同通過其的電流頻率成反比關系，因此當其工作頻率由 60Hz 提高到 后，變壓器的輸送容量可提高 3 倍，效率也有所提高。因此，有理由相信高頻變壓器將成為 FACTS 設備家族中的新成員，其理論研究成果也將會 FACTS 理論的豐富和發(fā)展做出貢獻。這種 HFT 的體積比同容量的常規(guī)變壓器小 1/3, 總體效率與常規(guī)變壓器相當, 其原理和控制較簡單, 易于實現(xiàn)。當系統(tǒng)發(fā)生故障時,發(fā)電機可實現(xiàn)短時異步化運行而不會與系統(tǒng)解列,提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和供電可靠性。此外，傳統(tǒng)鐵芯變壓器過載時易導致輸出電壓下降、產(chǎn)生諧波；變壓器兩側發(fā)生故障時，故障電流、電壓容易通過電磁藕荷傳播，從而導致故障擴大；帶非線性負載時，畸變電流通過變壓器藕合進入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的污染；電源側電壓受到干擾時，又會傳遞到負載側，導致對敏感負荷的影響；使用絕緣油造成環(huán)境污染；當系統(tǒng)瓦解或者過載時需要配套的相關設備對其進行保護。其區(qū)別于傳統(tǒng)電力變壓器突出的特點在于體積小、重量輕，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。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融入電力系統(tǒng)也是今后需要解決的問題之一。(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)。為邵陽學院畢業(yè)設計（論文）4了減小器件開關過程中由于電流突變造成的過電壓, 該方案采用了一種 4 級開關控制策略, 可使功率器件在無吸收電路的條件下安全換向。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）技術應運而生。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。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。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,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。 ~ 為 6 個()sbVtsct 1T有反并聯(lián)二極管的自關斷器件。 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?？刂葡到y(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側電壓控制環(huán)。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。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換為直流信號。沖量即指窄脈沖的面積。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， 關斷， 和3V4 0u1V23交替通斷。U 、V 和 W三相的 PWM 控制通常公用一個三角波載波 ，三相的調制信號 、 和curUur依次均相差 120176。 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?？梢灾苯诱{用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到 MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調用，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。原邊逆變電路：輸出頻率 f=1kHz。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。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。應用六脈沖發(fā)生器、PWM 波形脈沖控制調節(jié)控制靈活，也比較簡單，能準確的達到要求。 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。 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。 /2 兩種電平。 總可以得到 和零兩種電平。 脈沖的面積（沖量）按正弦規(guī)律變化。 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， 。非晶合金絲材可用在結構零件中，起強化作用。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。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)。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。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。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。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 結構圖 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制成為高頻方波后加載至高頻變壓器一次側繞組，并被耦合到高頻變壓器的二次側繞組，隨后，高頻方波被整流成直流電壓，再逆變?yōu)樗璧慕涣鬏敵?。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構及工作原理 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?！? 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 S1, S2和 S3 被調制成高頻交流加載至高頻變壓器的原邊。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?；谝陨显颍瑖鴥韧庋芯咳藛T近年來都在積極探索研究新型的電力變壓器。其中重點介紹了 AC/DC/AC 拓撲形式，并對其各組成部分的拓撲結構與控制策略進行了詳細的分析。另外，當今世界對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展問題也日趨關注。與常規(guī)的鐵芯式變壓器相比，高頻變壓器具有如下優(yōu)點：(1) 體積小，重量輕，無環(huán)境污染；(2) 運行時可保持副方輸出電壓幅值恒定，不隨負載變化；(3) 始終保證原、副方電壓電流為正弦波形，并且原、副方功率因數(shù)任意可調；(4) 具有高度可控性，變壓器原副方電壓、電流的幅值和相位均可控；(5) 兼有斷路器的功能，大功率電力電子器件可以瞬時(微秒級)關斷故障大電流，也無需常規(guī)變壓器的復雜繼電保護裝置。另外，美國德州 Aamp。 高頻變壓器的應用及其前景高頻變壓器能夠應用于電力系統(tǒng)的多個領域。該結構為 1970 年美國 GE 公司的 首先提出，其變換電路圖如圖 2. 3，工作原理為：原方開關 和 以高頻交替導通，且通斷1S2邵陽學院畢業(yè)設計（論文）8時間相同，這樣低頻交流或直流輸入信號就被調制成高頻信號后再經(jīng)過高頻變壓器耦合到副方，副方開關 和 的開通和關斷與 和 同步，僅在相位上相3S41S2差角度 θ，通過控制相移角 θ 即可控制變換器輸出電壓的幅值。但這種結構只適應于低壓應用場合，如果要用于較高電壓等級場合，則要求電力電子器件有較高的耐壓水平，并且需要多只串聯(lián)使用，相應的結構變得復雜，設計難度加大。最具代表性的高頻變壓器為交直交直 交型雙直流環(huán)拓撲，結構圖如圖 所示已介紹。而將PWM技術引入整流器的控制中，可以使得整流器電網(wǎng)側電流正弦化，大大降低低次諧波，可控制功率因數(shù)為 0 至 1 之間任意值，并支持能量雙向流動。qI因此由式() 、式()、式()可知，控制 的大小和 相對于 的iV? i?sV?相位角 δ，即可控制 、 的大小和正、負值，控制 P 的大小和方向(正、負)。對電路進行 SPWM 控制，在橋的交流輸入端 A、B 和 C 可得到 SPWM 電壓，對各相電壓按相量圖進行控制，就可以使各相電流 、 、 為正弦波且和電aibci壓相位相同，功率因數(shù)近似為 1。1/50P由上式可見頻率的升高會引起鐵芯損耗的增加，為了減少損耗，需要降低磁通密。以它為鐵芯制造的配電變壓器空載損耗較硅鋼 S9 系列下降 75%,負載損耗較 59 系列下降 25%。即通過對一系列脈沖進行調制，來等效地獲得所需要的波形。調制法：把希望輸出的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過信號波的調制得到所期望的 PWM 波形。當 時， 和 導通， 和 關斷，這時如0dUruc231V4V1VD1 V3LR V4u0V2VD2Uduruc信 號 波載 波 調 制電 路邵陽學院畢業(yè)設計（論文）270，則 和 通，如 0，則 和 通，不管哪種情況都是 = 。39。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。為了減小變壓器的體積和重量,采用高頻變壓器,工作頻率為1kHz。因此，對高頻變壓器的研究不僅涉及到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行問題和電能質量改善問題；而且包括對電力電子器件的應用等問題，所以高頻變壓器的研制對電力系統(tǒng)具有較重大的意義，本文嘗試在以下幾個方面開展一些研究工作：(1)介紹了高頻變壓器的基本原理，闡述了高頻變壓器的研究起因，簡述了高頻變壓器的發(fā)展歷史。本文引用了數(shù)位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本片論文。仿真結果表明高頻變壓器能穩(wěn)定的完成電流變化及傳送，且在控制方式上有很大選擇和發(fā)展，電能傳輸效率得到極大提高，損耗得到減少。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。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。 當臂 1 和 6 導通時，d= 。在 的半個周期內，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，輸出的