串聯(lián)堆積式多電平變換器運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究 摘要:在比較分析三種多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和控制特點(diǎn)基礎(chǔ)上,對其中串聯(lián)堆積式多電平變換器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,指出它固有自平衡、自穩(wěn)定以及低開關(guān)電壓應(yīng)力的運(yùn)行特性,因而將會廣泛地應(yīng)用于高壓變換器中。 關(guān)鍵詞:多電平;變換器;高壓
1? 前言 ??? 隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,對電能變換裝置的要求越來越高。近年來,多電平技術(shù)在電力電子的應(yīng)用中得到了廣泛的重視。它可以用于整流、逆變以及直流斬波等多種能量變換電路中。歸納起來,多電平主要有以下幾方面特點(diǎn): ??? 1)在整流或逆變電路中,采用多電平技術(shù)可以使輸入或輸出電流近似正弦波,大大減小了諧波污染,提高了功率因數(shù); ??? 2)多電平的引入可以使開關(guān)器件的電壓額定值成倍減低,使低壓開關(guān)管能夠應(yīng)用于高壓場合中; ??? 3)箝位多電平技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)均衡分壓,并且限制dv/dt,抑制電磁干擾影響; ??? 4)在DC/DC變換中可以將準(zhǔn)諧振軟開關(guān)與多電平技術(shù)相結(jié)合,減小開關(guān)損耗,提高效率; ??? 5)多電平技術(shù)使變換器模塊化成為可能,提高額定容量,增加冗余。 ??? 基于以上特點(diǎn),多電平技術(shù)未來將會在電力電子技術(shù)的發(fā)展中起到重要作用。以下將在比較研究串級式多電平(cascade multi-level)、箝位二極管式多電平(diode clamp multi-level)和串聯(lián)堆積式多電(series-stacked multi-level)三種變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和控制方式基礎(chǔ)上,對串聯(lián)堆積式多電平變換器工作特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 2? 三種多電平變換器分析比較 2.1? 串級式多電平變換器 ??? 串級式多電平變換器如圖1所示,是將多個(gè)功率變換器模塊串聯(lián)后直接給負(fù)載供電。 ??? 從圖1可見,串級式多電平結(jié)構(gòu)簡單,串聯(lián)的每個(gè)功率變換器僅向負(fù)載提供一部分電壓,從而即提高了輸出電壓等級,并且可以使變換器產(chǎn)生多級電平輸出。在控制過程中,它不需要對各模塊內(nèi)部進(jìn)行控制調(diào)節(jié),而由主輸出閉環(huán)控制器對模塊工作進(jìn)行監(jiān)控。
圖1? 串級式多電平變換器 ??? 該電路拓?fù)涞囊粋€(gè)重要特點(diǎn)是它需要多級隔離母線,因而適用于如蓄電池等輸入隔離的電源場合,一般用于低頻(電源基頻)變換中。 2.2? 箝位二極管式多電平變換器 ??? 圖2為一典型的箝位二極管式多電平變換器拓?fù)?。箝位二極管式多電平變換器是直接在高壓直流電源側(cè)并聯(lián)多級串聯(lián)電容及箝位二極管來減小功率開關(guān)管的電壓應(yīng)力。
圖2? 箝位二極管式五電平變換器拓?fù)?/font>
??? 該種變換器非常適合于三相功率因數(shù)校正電路,因?yàn)檫@時(shí)電路直流側(cè)Vdc的電壓一般為750~800V,甚至達(dá)到1000V。這就要求大幅度地提高PFC后級直流變換器電壓額定值,成本大幅度地上升。串級式多電平變換器拓?fù)渚涂筛鶕?jù)已有的開關(guān)器件,成倍地減小開關(guān)電壓應(yīng)力,例如原來必須采用1000V開關(guān)器件的,現(xiàn)在三電平變換器拓?fù)浜笾豁?00V開關(guān)管就足夠了,降低了成本,滿足了實(shí)際需要。因此目前,在中高電壓大功率DC/DC變換器中,主要采用三電平變換器拓?fù)洹?
??? 但該種變換器在高于三電平時(shí),電路拓?fù)浼翱刂戚^復(fù)雜。
2.3? 串聯(lián)堆積式多電平變換器
??? 串聯(lián)堆積式多電平變換器如圖3所示,它可以看做串級式多電平變換器和箝位二極管式多電平變換器的組合,即利用后者直流高壓電源側(cè)并聯(lián)多級串聯(lián)電容降低各輸入變換器電壓應(yīng)力,又利用前者多個(gè)功率變換器模塊串聯(lián)來產(chǎn)生多級電平輸出,因而兼有兩者的優(yōu)點(diǎn),所不同之處在于它的各變換器模塊之間需通過變壓器耦合后再對負(fù)載供電。
圖3? 串聯(lián)堆積多電平變換器
??? 此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用了分散邏輯控制方法[1]。與多級串級式多電平變換器相比,無須利用多光纖來傳送驅(qū)動(dòng)信號和狀態(tài)反饋信號以及為減少各模塊之間的共模電壓干擾對被測各模塊的電壓和電流進(jìn)行隔離。在分散控制中,僅需一條光纖傳送驅(qū)動(dòng)信號和狀態(tài)反饋信號,每一模塊可以現(xiàn)場檢測電壓和電流,減小了模塊之間的共模電壓干擾。因此提高了系統(tǒng)的可靠性。
3? 串聯(lián)堆積式多電平變換器實(shí)驗(yàn)研究
??? 實(shí)驗(yàn)電路是一臺單相串聯(lián)堆積式三電平逆變器,如圖4所示。實(shí)驗(yàn)電路主要參數(shù)如表1所列。
表1? 實(shí)驗(yàn)電路主要參數(shù)
圖4? 三電平串聯(lián)堆積式逆變器
??? 外加電阻Run接在第一級電平母線上,通過這個(gè)外加電阻的開或合來模擬三電平逆變器輸入直流母線電壓的不平衡。圖5是測試得到的三電平電壓(V1、V2和V3)和輸出交流電壓(Vo),從圖5中可以看到,輸出交流電壓Vo有效值即使在母線不平衡條件下仍能保持恒定,具有較好的自平衡、自穩(wěn)定瞬態(tài)響應(yīng)能力。三電平母線電壓經(jīng)過大約500ms將達(dá)到新的平衡,新平衡母線電壓值比原來起始母線電壓值低約25V。 圖5? 逆變器自平衡波形
??? 如果再引入一個(gè)簡單的外環(huán)控制將進(jìn)一步降低逆變器的自平衡響應(yīng)時(shí)間。這個(gè)外環(huán)控制采用比例控制,將各模塊變換器電壓與母線之間電壓差比較輸出。圖6是加入外環(huán)控制后的測試結(jié)果。從圖6中可以看到,經(jīng)過20ms母線上各電壓即可達(dá)到新的平衡,比不加外環(huán)控制時(shí)平衡時(shí)間縮短了約25倍。因此,經(jīng)過對控制系統(tǒng)的優(yōu)化,此串聯(lián)堆積三電平逆變器的自平衡能力將得到有效的改善。
圖6? 帶外環(huán)控制逆變器自平衡波形
??? 以上研究表明,串聯(lián)堆積式多電平變換器由于固有自平衡、自穩(wěn)定以及功率開關(guān)電壓應(yīng)力低等特點(diǎn),使它能廣泛地應(yīng)用于高電壓變換器中,是大功率高電壓輸入模塊變換器的良好解決方案。
4? 結(jié)語
??? 本文分析比較了三種多電平變換器。經(jīng)過對它們各自特點(diǎn)的研究,將使多電平技術(shù)能更好地應(yīng)用于電力電子變換器的設(shè)計(jì)中。可以預(yù)見,基于多電平的鮮明特點(diǎn),它將在今后變換器設(shè)計(jì)中起到越來越重要的作用。最后,值得一提的是,高于三電平的多電平控制技術(shù)還有待于進(jìn)一步研究。 |
串聯(lián)堆積式多電平變換器運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究
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基于LabVIEW的LRC串聯(lián)電路諧振特性的研究
應(yīng)用LabVIEW8.2 軟件進(jìn)行LRC 串聯(lián)電路諧振特性的研究,介紹了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成以及應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真的方法,并
2010-03-30 15:44:2363
激光電源中的串聯(lián)諧振變換器的分析
摘要:串聯(lián)諧振變換器是一種直流-直流變換器,由于它的輸出波形接近正弦波,變換頻率較高且具有恒流源的性質(zhì),充電效率高,故在激光電源中廣泛采用串聯(lián)諧振型變換器作為充
2010-05-20 11:45:1829
LLC串聯(lián)諧振變換器創(chuàng)新設(shè)計(jì)
對LLC 串聯(lián)諧振全橋DC/DC 變換器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)研究,利用基頻分量近似法建立了變換器的數(shù)學(xué)模型,確定了主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS 的條件,推導(dǎo)了邊界負(fù)載條件和邊界頻率,確定了
2010-08-28 08:32:2181
三電平變換器中點(diǎn)電壓平衡問題的研究
三電平變換器中點(diǎn)電壓平衡問題的研究
0 引言
二極管中點(diǎn)箝位型逆變器[1]是最近研究的一個(gè)熱點(diǎn)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每個(gè)功率開關(guān)管承
2009-07-04 12:14:122357
多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略
多電平變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略
0 引言
多電平變換器的概念自從A.Nabael在1980年的IAS年會上提出以后,以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)受到廣泛的
2009-07-06 08:13:131241
降壓型變換器的分叉及其混沌行為的研究
降壓型變換器的分叉及其混沌行為的研究
DC/DC變換器運(yùn)行中產(chǎn)生大量的非線性現(xiàn)象,主要是功率器件開關(guān)引起的[1]。已有研究表明,在DC/DC開關(guān)變換器實(shí)際運(yùn)行中,
2009-07-06 18:35:44591
三電平DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其滑??刂品椒?/a>
三電平DC/DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其滑??刂品椒?nbsp;
摘要:首先闡述了三電平DC/DC變換器拓?fù)涞耐茖?dǎo)過程,給出了6種非
2009-07-07 10:53:228580
多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法研究
多電平變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法研究
摘要:多電平變換器作為一種應(yīng)用于高壓大功率變換場合的新型變換器,其
2009-07-07 13:10:021428
基于DSP正弦波調(diào)制的三電平變換器
基于DSP正弦波調(diào)制的三電平變換器
摘要:首先介紹了三電平PWM變換器的特點(diǎn),比較了空間矢量控制方法、SHEPWM方法和SPWM方法的優(yōu)缺
2009-07-11 10:26:351131
一種改進(jìn)型零電壓開關(guān)PWM三電平直流變換器的研究
一種改進(jìn)型零電壓開關(guān)PWM三電平直流變換器的研究
摘要:介紹了一種帶輸出飽和電感的移相零電壓開關(guān)PWM三電平直流
2009-07-15 08:51:10793
四象限運(yùn)行羅氏變換器
四象限運(yùn)行羅氏變換器
摘要:經(jīng)典的DC/DC變換器通常都是單象限運(yùn)行,而在工業(yè)應(yīng)用中常要求能夠滿足四象限運(yùn)行,
例如:直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過
2009-07-25 11:44:341198
串聯(lián)共振型DCDC變換器的特性解析
摘 要 對串聯(lián)共振型DC2DC 變換器主電路的構(gòu)成原理, 電路拓?fù)浜痛嬖诘墓ぷ髂J竭M(jìn)行 了詳細(xì)的分析討論。作出對應(yīng)的狀態(tài)軌跡圖, 通過仿真和實(shí)測, 求出相應(yīng)的電壓、電流波形及輸 出特性, 從中得出有益的結(jié)論。 關(guān)鍵詞 DC2DC 變換器 串聯(lián)共振 拓?fù)?狀態(tài)軌跡圖
2011-01-14 15:06:0947
基于MATLAB的負(fù)阻抗變換器的特性研究
采用實(shí)驗(yàn)的方法研究負(fù)阻抗變換器的特性及其應(yīng)用,存在數(shù)據(jù)處理量大、特性曲線繪制困難等問題,設(shè)計(jì)出基于MATLAB的仿真實(shí)驗(yàn)方案。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法相比,MATLAB利用群元素計(jì)算特性
2011-05-03 17:02:43107
基于SVPWM的雙三電平變換器研究
詳細(xì)分析了三電平 SVPWM 的簡化算法,將傳統(tǒng)兩電平電壓空間矢量控制算法應(yīng)用于雙三電平變換器。在d2q 坐標(biāo)系下建立基于開關(guān)函數(shù)的三電平中點(diǎn)鉗位電壓型整流器高頻數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)
2011-07-06 15:55:5944
新穎三電平軟開關(guān)諧振型DC_DC變換器
該文提出一種新顆的三電平LLc串聯(lián)電流諧振型Dc,Dc變換器。每個(gè)主開關(guān)電壓應(yīng)力是輸入電壓的一半,并且全范圍實(shí)現(xiàn)zvs而不用附加任何電路。整流二極管工作在zcs狀態(tài)。該變換器通過
2012-03-29 11:13:0746
Buck 三電平變換器
本文提出一種 Bw k三電平變換器,該變換器中開關(guān)管的電壓應(yīng)力為輸人電壓的一半,采用交錯(cuò)控制方式,可以大大減小輸出濾波器的大小。 本文詳細(xì)分析 Buck 三電平變換器的工作原理,分析該變換器的輸人輸出特性,討論主要參數(shù)的設(shè)計(jì),提出一種使輸人分壓電容電壓均衡的方法,并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2016-05-10 14:24:397
零電壓零電流開關(guān)復(fù)合式PWM全橋三電平變換器
橋臂為兩電平橋臂,其開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸人電壓,可在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān),可以選用IGBT。 本文詳細(xì)分析該變換器的工作原理,討論參數(shù)設(shè)計(jì),并且給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
2016-05-11 15:15:165
三電平變換器-一種適用于高壓大功率變換的直流變換器
(半橋)三電平變換器的優(yōu)點(diǎn)是其開關(guān)管的電壓應(yīng)力為輸人電壓的一半,本文從另一個(gè)角度提出它的推導(dǎo)思路,從中提出兩種三電平開關(guān)單元。 將(半橋)三電平變換器的推導(dǎo)思路推廣到所有的直流變換器.提出了三電平
2016-05-11 15:26:217
直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)三電平變換器控制策略研究_季小康
直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)三電平變換器控制策略研究_季小康
2017-01-08 10:47:210
模塊化多電平變換器優(yōu)化調(diào)度調(diào)制策略研究_夏超英
模塊化多電平變換器優(yōu)化調(diào)度調(diào)制策略研究_夏超英
2017-01-08 10:57:060
基于模塊化多電平變換器的負(fù)序電流補(bǔ)償系統(tǒng)研究_陳耀軍
基于模塊化多電平變換器的負(fù)序電流補(bǔ)償系統(tǒng)研究_陳耀軍
2017-01-08 10:57:060
模塊化多電平變換器與級聯(lián)H橋變換器在中高壓變頻器應(yīng)用中的對比研究
模塊化多電平變換器與級聯(lián)H橋變換器在中高壓變頻器應(yīng)用中的對比研究_李彬彬
2017-01-08 11:07:013
倍流整流方式ZVS PWM三電平直流變換器實(shí)驗(yàn)結(jié)果
倍流整流方式ZVS PWM三電平直流變換器實(shí)驗(yàn)結(jié)果
2017-09-14 15:17:1816
輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)全橋變換器強(qiáng)制負(fù)載法均壓策略
,研究了該型變換器負(fù)載大小對輸入均壓的影響,定量分析了負(fù)載大小和輸入不均壓程度的關(guān)系公式;基于這種分析,提出了通過均壓電阻強(qiáng)制給定負(fù)載的方法實(shí)現(xiàn)輸入均壓,從而實(shí)現(xiàn)了該型變換器的控制簡化。文章最后通過仿真和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)
2017-11-16 17:22:006
LLC諧振變換器多電平控制策略
的前提下將輸入電壓適應(yīng)范圍擴(kuò)大一倍。對LLC變換器的電壓增益特性及功率損耗進(jìn)行分析,明確了其輸入電壓適應(yīng)范圍的限制因素。通過分析LLC變換器多電平工作模式及其對輸入電壓適應(yīng)范圍的影響,確定了多電平工作模式的控制策略。仿真和
2018-03-08 10:44:394
移相全橋變換器的建模與仿真
文章通過 Buck 變換器推導(dǎo)出移相全橋變換器的小信號電路模型 , 利用解析理論的方法求得變換器運(yùn)行特性的解析表達(dá)式 , 使之成為能對變換器進(jìn)行定性和定量分析的建模方法。
2018-05-30 09:58:2136
級聯(lián)式直流變換器原理分析
與三電平直流變換器試將普通二電平變換器中的功率開關(guān)用三電平開關(guān)單元代替不一一樣,它實(shí)際_上是二個(gè)通常的二電平直流變換器的串聯(lián)疊加。
由于串聯(lián)電路的輸出電流相同,只要做到二個(gè)變換器的輸出電壓相等,就可以做到變換器的功率均分保證二個(gè)變換器的輸入電壓相等。
2018-08-20 16:46:384922
串聯(lián)變換器研究資料下載
電子發(fā)燒友網(wǎng)為你提供串聯(lián)變換器研究資料下載的電子資料下載,更有其他相關(guān)的電路圖、源代碼、課件教程、中文資料、英文資料、參考設(shè)計(jì)、用戶指南、解決方案等資料,希望可以幫助到廣大的電子工程師們。
2021-04-15 08:43:218
負(fù)阻抗變換器實(shí)驗(yàn)教程
1、學(xué)習(xí)和了解負(fù)阻抗變換器的特性和應(yīng)用。 2、研究如何用運(yùn)算放大器構(gòu)成負(fù)阻抗變換器。 3、了解有源器件在線性范圍內(nèi)工作的條件。
2021-06-08 11:19:1411
LLC串聯(lián)諧振全橋DCDC變換器研究
LLC串聯(lián)諧振全橋DCDC變換器研究(開關(guān)電源技術(shù)與設(shè)計(jì)第二版pdf)-高頻化、高功率密度和高效率,是DC/DC變換器的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換器限制了開關(guān)頻率和功率密度的提高。移相全橋 PWM
2021-08-31 18:36:3665
一種三電平全橋直流變換器新型控制策略研究
一種三電平全橋直流變換器新型控制策略研究(現(xiàn)代電源技術(shù)王建輝課后答案)-一種三電平全橋直流變換器新型控制策略研究? ? ? ? ? ? ? ? ??
2021-08-31 18:40:239
ZVS三電平DC/DC變換器的研究
DC/DC 變換器。文中給出了 Saber 軟件 的仿真結(jié)果,進(jìn)一步證明改進(jìn)方案的正確性和可行性。針對前面討論的兩種半橋式三 電平 DC/DC 變換器,設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)電路來驗(yàn)證理論分析的正確性,文中給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 接著研究了一種新型 ZVS 三電平 LLC 諧振型
2023-05-08 09:14:174
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