【正文】 PWM 波只有177?；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。若每個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)持續(xù) 180 度，則在任何時(shí)候都有三個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，并按照 ，4，5，6，1，2 的順序?qū)?，從而能獲得所示的線電壓。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(xué)成分范圍，而且即使同一種材料，通過(guò)不同的后續(xù)處理能夠很容易地獲得所需要的磁性。其原方有多個(gè)輸入繞組，數(shù)量與輸入級(jí)串聯(lián)的功率模塊數(shù)匹配，副方只有一個(gè)繞組，結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。當(dāng) 0 時(shí)，由 、 、 、 和 、 、4 su132S4 分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路，工作原理和 0 時(shí)類似。當(dāng)電壓 較大，以致 為負(fù)時(shí)，則 為負(fù)，Q 為負(fù)，即交流iV? XVis/)co(??qI電源向 AC/DC 變換器輸出容性（超前）無(wú)功電流、無(wú)功功率、或交流電源從AC/DC 變換器輸入感性（滯后）無(wú)功電流、無(wú)功功率。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(guò)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(guò)一個(gè)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璧慕涣鬏敵觥? 隨后，美國(guó)得州大學(xué) 等人于 1999 年提出了原方調(diào)制、副方解調(diào)、中間通過(guò)高頻變壓器隔離的交交交高頻變壓器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 所示。但同時(shí)要求高壓側(cè)功率器件有較高的電壓等級(jí)并且需多級(jí)串聯(lián)，使相應(yīng)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(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10成本提高，設(shè)計(jì)難度加大。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。此方案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單, 功率器件數(shù)少, 成本低, 但由于工作過(guò)程中電流斷續(xù), 會(huì)造成器件兩端出現(xiàn)尖峰電壓, 且輸出電壓諧波較大。1980 年，美國(guó)海軍的一個(gè)研究項(xiàng)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)。其突出特點(diǎn)在于它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器原副方電壓幅值和相位的靈活控制，可以滿足未來(lái)電力系統(tǒng)的很多新的要求，包括：更高的穩(wěn)定性，實(shí)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(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)下對(duì)功率潮流的實(shí)時(shí)控制。同時(shí)，我國(guó)處于全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的初期，聯(lián)網(wǎng)要經(jīng)過(guò)一個(gè)由弱到強(qiáng)的過(guò)程，交流弱聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題十分突出。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(yùn)行，電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)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。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(yīng)用前景。其后，由美國(guó)電力科學(xué)研究院(EPRI)贊助的一個(gè)研究項(xiàng)目也研制出了另一種基于AC/AC 變換的固態(tài)變壓器。Ronan 和 Sudnoff 于 1999 年提出了一種由輸入級(jí)(高壓級(jí))、隔離級(jí)和輸出級(jí)(低壓級(jí))三級(jí)結(jié)構(gòu)組成的高頻變壓器。圖 高頻變壓器基本原理框圖根據(jù)在電力電子變換過(guò)程中是否存在直流環(huán)節(jié)，變壓器的具體實(shí)現(xiàn)方案可分為兩種形式：一種是在變換過(guò)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(guò)程中存在直流環(huán)節(jié)，即 AC/DC/AC 變換。不過(guò)，隨著單個(gè)器件耐壓水平的提高，這種結(jié)構(gòu)在將來(lái)還是有應(yīng)用前景的。負(fù)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(kāi)關(guān)均為雙向開(kāi)關(guān)管，以保證能量的雙向流動(dòng)。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)采用整體變換結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)明，功率器件相對(duì)較少；可以實(shí)現(xiàn)輸入端功率因數(shù)校正，同時(shí)可以抑制諧波的雙向流動(dòng)。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(wú)功功率、無(wú)功功率，或交流電源從 AC/DC 變換器輸入容性（超前）無(wú)功電流、無(wú)功功率。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 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(yáng)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。所以非晶合金的磁性能是非常靈活的，選擇余地很大。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。 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。 兩dU種電平。當(dāng)臂 3 和 4 導(dǎo)通時(shí)， = 。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。 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(shuō)明高頻變壓器能保證原副方良好的電壓、電流波形。從各優(yōu)化方面來(lái)說(shuō)，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。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過(guò)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(guò)程中提供熱情的幫助。首先在結(jié)構(gòu)上是利用電力電子器件來(lái)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。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。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。 rVudUrV rVu負(fù)載相電壓 可由下式求得 UNu ()39。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 = 。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。邵陽(yáng)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)。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。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)。 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。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(wú)功電流 和感性無(wú)功功率 Q。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(duì)電網(wǎng)注入了大量的諧波以及無(wú)功，造成了嚴(yán)重的電網(wǎng)“污染” 。但該方案邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)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(kāi)關(guān)同步。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(jiǎn)明，功率器件相對(duì)較少。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(jiǎn)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)。輸入級(jí)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(shí)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。其研究成果在200V，3kVA 的實(shí)驗(yàn)裝置上得到實(shí)現(xiàn)，開(kāi)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。因此，對(duì)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(kāi)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(jià)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。對(duì)新型高頻變壓器的原邊實(shí)施了 SPWM 調(diào)制策略，并對(duì)這種方案進(jìn)行了 Matlab/sirnulink 仿真研究，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了方案的正確性。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(guò)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(lái)越多的關(guān)注。對(duì)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。 在變壓器的副邊, 高頻交流信號(hào)經(jīng)功率器件 S1′, S2′和 S3′同步還原為工頻交流輸出。其基本原理為在原方將工頻信號(hào)通過(guò)電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，即升頻，然后通過(guò)中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號(hào)，即降頻。HFT 的另外一類實(shí)現(xiàn)方式可以概括為在變換過(guò)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(guò)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(guò)一個(gè)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?。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(kāi)關(guān)為交替導(dǎo)通的雙向流動(dòng)開(kāi)關(guān)。邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(lái)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)。圖 中，Ss? sI??I （）qdsjI????dqIj??????因此再利用（）式得到有功功率 P 和無(wú)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(wú)功電流s?s? ?為正值，滯后的無(wú)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(wú)功功率，若 超前 一個(gè)角度（ 在橫軸上? sI?s? sI?方） ，則 為負(fù)值，那時(shí) 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(wú)功功率，或交流電源從變換器處得到（輸入）滯后的無(wú)功率。圖 單相全橋電路負(fù)載LsRsV1VD13ABV2 V4VD2D4VD3邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18整流運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng) 0 時(shí)，由 、 、 、 和 、 、 、su2V4D1SL3V1D4分別組成了兩個(gè)升壓斬波電路。 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。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。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。 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。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。 NUu?V?NW? d輸出線電壓 PWM 波由177。 當(dāng)前流行的 MATLAB 和三十幾種工具包(Toolbox )。 Simulink 為用戶提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（GUI） 。邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(guò)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。另外，在校圖書(shū)館查找資料的時(shí)候，圖書(shū)館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。(2) 對(duì)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?yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）32邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33圖 高頻變壓器仿真模型圖邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34仿真的基本參數(shù)設(shè)置為：原邊整流電路：三相對(duì)