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《南京航空航天大学》 2005年
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高频交流环节AC/AC变换器研究

李磊  
【摘要】:高频交流环节 AC/AC 变换技术,是电力电子学的前沿研究课题和实现新型正弦交流稳压器、电子变压器、交流调压器和同频波形变换器的关键技术基础。本文主要研究新颖的高频交流环节 AC/AC 变换器电路结构与拓扑族设计、控制策略、稳态原理特性、关键电路参数选取、变换器性能比较,并在理论、仿真研究的基础上进行试验研究,设计并研制了 1kVA 双极性、单极性移相控制电压源和 500VA 电流源高频交流环节AC/AC 变换器原理样机。 本文首先论述了 AC/AC 变换器的现状、发展以及应用前景。 首次提出了高频交流环节 AC/AC 变换器新概念,即基于正激 Forward 变换器的电压源型和基于反激Flyback变换器的电流源型高频交流环节AC/AC变换器电路结构与拓扑族。 提出并研制了与电网电压 n 倍频(分频)信号同步的基准正弦电路。该电路具有基于全数字化技术、输出电压与电网电压 n 倍频(分频)同步、THD 小、幅值可调但不受电网电压波动的影响、简单实用、价格低廉等优点。 提出了电压源高频交流环节 AC/AC 变换器双极性移相控制策略的三种实现方案、单极性移相控制策略及其三种实现方案,有效地解决了周波变换器采用传统 PWM控制时固有的电压过冲现象。深入研究了双极性、单极性移相控制电压源高频交流环节 AC/AC 变换器的控制策略、稳态原理特性、以及关键电路参数设计准则。采用状态空间平均法,建立了双极性、单极性移相控制电压源高频交流环节 AC/AC 变换器的平均模型,获得了变换器的外特性曲线。 深入研究了电流源高频交流环节 AC/AC 变换器的具有输入电压极性和工作模式选择的电压瞬时值反馈控制策略、稳态原理特性、以及关键电路参数设计准则,获得了变换器的外特性曲线。 设计并研制成功的 1kVA 220V±10%(50Hz)/110V(50Hz)双极性、单极性移相控制电压源和 500VA 220V±15%(50Hz)/220V(50Hz)电流源高频交流环节 AC/AC 变换器原理样机表明,这类变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、功率密度高、变换效率高、网侧功率因数高、无音频噪音、体积重量小等优点。 对双极性与单极性移相控制电压源高频交流环节 AC/AC 变换器、电压源与电流源高频交流环节 AC/AC 变换器进行了比较研究。 最后,对全文进行了总结,并对以后进一步的工作做了展望。
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