多电平交-交直接变换技术及其应用 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

多电平交-交直接变换技术及其应用(第二版)李磊著北京多电平交-交直接变换器具有功率变换级数少、无直流环节、双向功率流、开关管电压应力可降低、输出波形质量高等优点，适用于输入和（或）输出电压高的中大功率交流电能变换场合，对这类变换器及其应用技术的研究具有重要意义。

《多电平交-交直接变换技术及其应用》共19章，第1章系统阐述了多电平变换技术的发展和应用；第2～5章提出并详细论述了非隔离式三电平交-交直接变换器；第6～8章提出并研究了组合式三电平交-交直接变换器；第9～13章提出并系统阐述了Buck型高频隔离式三电平交-交直接变换技术；第14～17章分别提出了Boost型、Buck-Boost型、Cuk型和Sepic型高频隔离式三电平交-交直接变换技术，并进行了详细分析；第18章系统介绍了多电平交-交直接变换器的拓扑推衍方法；第19章对多电平交-交直接变换器的应用进行了分析。

目录

前言

第1章 概述 1

1.1 ML逆变技术的发展概况 1

1.2 ML直-直变换技术的发展概况 4

1.3 ML交-交变换技术的发展概况 5

1.4 ML交-交直接变换技术的应用 10

本章小结 11

第2章 输入输出非共地的TL交-交直接变换器 13

2.1 引言 13

2.2 拓扑族 13

2.3 Buck型TL交-交直接变换器 15

2.3.1 工作原理 16

2.3.2 外特性 22

2.4 Boost型TL交-交直接变换器 23

2.4.1 CCM时的工作原理 23

2.4.2 DCM时的工作原理 27

2.4.3 控制特性 29

2.5 Buck-Boost型TL交-交直接变换器 31

2.5.1 CCM时的工作原理 31

2.5.2 DCM时的工作原理 36

2.6 Cuk型TL交-交直接变换器 37

2.6.1 CCM、D≥0.5 时的工作原理 37

2.6.2 CCM、D＜0.5 时的工作原理 40

2.7 Sepic型TL交-交直接变换器 43

2.7.1 CCM、D≥0.5 时的工作原理 44

2.7.2 CCM、D＜0.5 时的工作原理 46

本章小结 49

第3章 输入输出共地的TL交-交直接变换器 50

3.1 引言 50

3.2 拓扑改进 50

3.3 输入输出共地的Buck型TL交-交直接变换器 54

3.3.1 工作原理 54

3.3.2 输入输出关系 56

3.3.3 仿真验证 56

3.4 输入输出共地的Boost型TL交-交直接变换器 57

3.5 输入输出共地的Cuk型TL交-交直接变换器 60

3.5.1 工作原理 60

3.5.2 仿真分析 62

3.6 输入输出共地的Sepic型TL交-交直接变换器 64

3.6.1 工作原理 64

3.6.2 仿真分析 66

本章小结 67

第4章 输入输出共地的Buck-Boost型TL交-交直接变换器 68

4.1 引言 68

4.2 电路拓扑 68

4.3 工作原理和外特性 69

4.3.1 CCM时的工作原理 69

4.3.2 DCM时的工作原理 70

4.3.3 外特性 70

4.4 控制策略 71

4.4.1 控制原理 71

4.4.2 箝位电压控制方案 72

4.5 原理实验 74

本章小结 76

第5章 输入输出共地的Zeta型TL交-交直接变换器 77

5.1 引言 77

5.2 拓扑结构 77

5.3 工作原理 78

5.4 非互补控制策略和稳态工作特性 79

5.4.1 非互补控制策略 79

5.4.2 稳态工作特性 81

5.5 输出滤波器前端电压频谱结构 85

5.6 原理样机设计和实验结果 87

5.6.1 指标要求与参数选取 87

5.6.2 感性负载实验结果 87

5.6.3 容性负载实验结果 89

5.6.4 样机的性能指标和测试结果 90

本章小结 94

第6章 组合式TL交-交直接变换器 95

6.1 引言 95

6.2 交流开关单元及延拓 95

6.3 电路拓扑族 96

6.3.1 基本的TL交-交直接变换器拓扑族 96

6.3.2 组合式TL交-交直接变换器拓扑族 97

6.4 输入输出共地的拓扑族 99

本章小结 101

第7章 输入输出非共地的Buck TL-Boost型组合式TL交-交直接变换器 102

7.1 引言 102

7.2 工作原理和基本关系 102

7.2.1 工作原理 103

7.2.2 输出和输入电压的基本关系 106

7.3 控制设计 106

7.3.1 分压电容均压策略 106

7.3.2 控制电路原理框图 107

7.4 仿真实验 108

本章小结 110

第8章 输入输出共地的Buck TL-Boost型组合式TL交-交直接变换器 111

8.1 引言 111

8.2 电路拓扑 111

8.3 工作原理 112

8.4 输出和输入电压的基本关系 114

8.5 控制方案 115

8.6 主要参数设计 116

8.6.1 电容参数设计 116

8.6.2 储能电感参数设计 118

8.7 实验验证 118

8.7.1 实验波形 119

8.7.2 输入侧功率因数 122

8.7.3 总谐波失真度 122

8.7.4 变换效率 124

本章小结 125

第9章 Buck型高频隔离式TL交-交直接变换器 126

9.1 引言 126

9.2 电路结构与拓扑族 126

9.2.1 电路结构 126

9.2.2 电路拓扑族 127

本章小结 130

第10章 单端正激型高频隔离式TL交-交直接变换器 131

10.1 引言 131

10.2 电路拓扑 131

10.3 控制原理 132

10.4 稳态分析 133

10.4.1 工作模式 133

10.4.2 稳态原理 134

10.4.3 外特性 136

10.5 磁复位需满足的条件 138

10.6 输出滤波器前端电压谐波分析 140

10.7 原理实验 141

本章小结 145

第11章 推挽全波型高频隔离式TL交-交直接变换器 146

11.1 引言 146

11.2 电路拓扑与控制策略 146

11.3 稳态原理 147

11.4 输出电压与滤波电感电流的定量表达式 150

11.5 外特性 151

11.5.1 理想情形 151

11.5.2 实际情形 153

11.6 实验研究 153

11.6.1 实验波形 153

11.6.2 实验数据 155

本章小结 158

第12章 半桥全波型高频隔离式TL交-交直接变换器 159

12.1 引言 159

12.2 电路拓扑 159

12.3 控制原理与稳态分析 160

12.3.1 控制原理 160

12.3.2 稳态原理 160

12.3.3 外特性 164

12.4 输出滤波器前端电压频谱结构分析 165

12.5 仿真分析 166

本章小结 168

第13章 全桥全波型高频隔离式TL交-交直接变换器 169

13.1 引言 169

13.2 电路拓扑 169

13.3 控制原理 170

13.4 稳态原理 171

13.5 输出电压与滤波电感电流的定量表达式 176

13.6 外特性 177

13.6.1 理想情形 177

13.6.2 实际情形 179

13.7 仿真实验 179

本章小结 181

第14章 Boost型高频隔离式TL交-交直接变换器 182

14.1 引言 182

14.2 电路拓扑族 182

14.3 控制策略 184

14.4 工作原理 186

14.4.1 工作模态分析 186

14.4.2 实际的等效电路建模 188

14.4.3 开关管电压应力分析 189

14.5 原理实验 189

本章小结 192

第15章 Buck-Boost型高频隔离式TL交-交直接变换器 193

15.1 引言 193

15.2 电路结构及其拓扑族 193

15.3 控制原理 195

15.4 稳态分析 196

15.4.1 工作模式分析 196

15.4.2 稳态原理 198

15.4.3 外特性 199

15.5 仿真分析 202

本章小结 204

第16章 Cuk型高频隔离式TL交-交直接变换器 205

16.1 引言 205

16.2 电路拓扑 205

16.3 工作原理与基本关系 205

16.4 控制设计 209

16.5 实验验证 210

本章小结 214

第17章 Sepic型高频隔离式TL交-交直接变换器 215

17.1 引言 215

17.2 电路拓扑和工作原理 215

17.3 稳态工作特性与控制原理 218

17.3.1 稳态工作特性 218

17.3.2 控制原理 220

17.4 实验验证 221

本章小结 224

第18章 ML交-交直接变换器的拓扑推衍方法 225

18.1 引言 225

18.2 模块法 225

18.3 级联法 227

18.3.1 基本单元 227

18.3.2 ML交-交直接变换器拓扑 228

18.4 回路法 231

18.4.1 回路法在Buck型变换器中的应用 231

18.4.2 回路法在Boost型变换器中的应用 232

18.4.3 回路法在Buck-Boost型变换器中的应用 232

18.4.4 回路法在Buck-Boost型高频隔离式变换器中的应用 233

18.4.5 回路法在Cuk型高频隔离式变换器中的应用 234

18.4.6 回路法在Sepic型高频隔离式变换器中的应用 235

18.4.7 回路法在Zeta型高频隔离式变换器中的应用 236

18.5 基于回路法的Buck-Boost型高频隔离式TL交-交直接变换器 237

18.5.1 电路拓扑 237

18.5.2 四种工作模式 238

18.5.3 外特性 239

18.5.4 实验验证 242

本章小结 244

第19章 ML交-交直接变换器的应用 245

19.1 引言 245

19.2 动态电压恢复器 245

19.2.1 工作原理 245

19.2.2 原理实验 248

19.2.3 基于ML交-交直接变换技术的动态电压恢复器 249

19.3 静止同步补偿器 252

19.3.1 控制原理 252

19.3.2 系统设计与实验结果 253

本章小结 258

参考文献 259

暂无相关内容，正在全力查找中

暂无出版社相关信息，正在全力查找中！

第1章 概述

　　1.1 ML逆变技术的发展概况

　　电力电子变换器广泛应用于电能变换、电力拖动等领域，电力电子变换技术也在不断地发展之中。1980年，日本学者A.Nabae等在IEEE工业应用年会（IAS）上提出了多电平（ML）逆变器的概念，之后，ML逆变器就以其独特的优点受到广泛的关注和研究［1］。ML逆变器具有诸多优点：对于n电平的逆变器，每个功率器件承受的电压仅为母线电压的1/(n-1)，从而使得能够用低压器件来实现高压大功率输出；输出电压波形由于电平数目多，使波形畸变(THD)大大减小，改善了装置的电磁干扰（EMI）特性；使功率管关断时的du/dt应力减少，在高压大电机驱动中，可有效防止电机转子绕组绝缘击穿。因此，ML逆变器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波装置、高压直流(HVDC)输电系统和电力系统无功补偿等方面有着越来越广泛的应用。

　　国内外学者对ML逆变技术已做了很多的研究，取得了丰硕的研究成果，提出了不少拓扑结构和控制方法。主要的拓扑类型有二极管中点箝位型、飞跨电容型［2］、独立直流电源级联型和混合级联型［3］、混合箝位型ML逆变器［4］，如图1.1所示。

　　图1.1 ML逆变器的主要拓扑类型

　　（1）二极管中点箝位型三电平（TL）逆变器，如图1.1（a）所示。其优点是便于双向功率流和功率因数控制，缺点是存在输入电容的均压问题。

　　（2）飞跨电容型TL逆变器，如图1.1（b）所示。由于采用了箝位电容取代箝位二极管，可以省掉大量的箝位二极管，但是引入了不少飞跨电容，对高压系统而言，电容体积大、成本高、封装难。此外，输出相同质量波形时，随着开关频率的增高，该拓扑的开关损耗增大，效率随之降低。该拓扑也存在电容均压问题。

　　（3）独立直流电源级联型五电平逆变器，如图1.1（c）所示。其优点是相同数量电平输出时，使用二极管数量少于二极管中点箝位型拓扑。由于采用的是独立的直流电源，不存在电压不平衡的问题。其主要缺点是采用多路的独立直流电源，增加了拓扑的复杂性和成本。

　　（4）混合级联型ML逆变器，是独立直流电源级联型的改进型，两者的结构基本相同，不同之处在于独立直流电源级联型的直流电源电压均相等，而混合级联型的直流电源电压不相等。

　　（5）混合箝位型TL逆变器，如图1.1（d）所示。它采用了二极管和飞跨电容同时箝位，解决了功率开关的电压应力过高的问题。

　　ML逆变器主要的控制方法有阶梯波脉宽调制法、特定消谐波PWM法、ML载波PWM法、ML空间矢量PWM法、Sigma-delta调制法（SDM法）等。

　　（1）阶梯波脉宽调制法就是用阶梯波来逼近正弦波，是一种比较直观的方法。

　　（2）特定消谐波PWM法也称作开关点预制的PWM方法，这种方法以阶梯波脉宽调制法为基础，其原理是在阶梯波上通过选择适当的“凹槽”，有选择性地消除特定次谐波，从而达到提高输出波形质量的目的。

　　（3）ML载波PWM法虽然来源于两电平的SPWM技术，但是由于ML逆变器特殊的结构，其载波技术又不同于两电平的载波技术。ML逆变器中由于开关管多，所以载波和调制波都不止一个，每一个载波和调制波都有多个控制自由度，这些自由度包括频率、幅值和偏移量等。通过自由度的不同组合，将会产生大量载波PWM技术。其中**有代表性的主要有三种，即分谐波PWM法、开关频率优化PWM法、三角载波移相PWM法。

　　（4）ML空间矢量PWM法和两电平空间矢量PWM法一样，都是建立在空间矢量合成概念上的PWM方法。为了减少谐波，一般是用落在特定小三角形内的三个定点的电压矢量来合成空间矢量。

　　（5）SDM法是一种在离散脉冲调制系统中合成电压波形的技术。该方法的控制部分主要有三个环节，即误差的积分环节、量化环节、采样环节。

　　1.2 ML直-直变换技术的发展概况

　　ML直-直变换技术是在ML逆变技术的基础上发展起来的［5～13］。1992年，Meynard和Foch提出飞跨电容箝位型ML逆变器的同时［2］，也提出了几种非隔离的飞跨电容型ML直-直变换器。同年，巴西的Pinheiro和Barbi在IEEE工业电子、控制、仪器和自动化（IECON）会议上提出了TL直-直变换器的概念，研究成果发表在IEEE工业电子等期刊和会议上［14～17］。南京航空航天大学的阮新波教授对TL直-直变换器及其软开关技术进行了系统、深入、全面的研究，取得了诸多创新性研究成果［18，19］。

　　TL直-直变换器的拓扑结构，可以根据二极管箝位型TL逆变器的工作原理，从中提取出TL开关单元，并将其应用到直-直变换器拓扑中，再经过适当的简化等方法，可构成TL直-直变换器拓扑族。TL开关单元的提取过程，如图1.2所示。为了使两电平逆变器桥臂中的功率开关的电压应力减小为原来的一半，可用两个串联的功率开关代替原来的单个功率开关。为了解决串联的两个功率开关的均压问题，引入了箝位二极管，将每个功率开关两端的电压控制为输入电压的一半，这样就得到了二极管箝位型TL逆变器中的TL桥臂，如图1.2(a)所示。从TL桥臂中，可以提取出正向连接TL开关单元和负向连接TL开关单元，如图1.2(b)和图1.2(c)所示。

　　图1.2 TL开关单元的提取

　　基于TL开关单元思想，可对两电平直-直变换器的拓扑结构进行改进，便可得到一系列的TL拓扑。改进过程如下：首先将两电平直-直变换器拓扑结构中的功率开关用两个串联的功率开关代替，然后寻找箝位电压源，方法是将拓扑结构中电势差**的两点之间加入两个串联的分压电容，再用箝位二极管连接两个串联电容和串联功率开关的中点，箝位二极管的方向由变换器工作电流的流向决定，*后经过化简即可得到TL直-直变换器拓扑族。其中，Buck型非隔离式和高频隔离式TL直-直变换器的电路拓扑如图1.3所示。

　　图1.3 Buck型TL直-直变换器的电路拓扑

　　TL直-直变换器**的优点是可以降低功率开关的电压应力，因此适用于输入和（或）输出电压较高的场合［20，21］。而有些变换器如Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta型等TL直-直变换器，还可以大大减小储能元件电感、电容等的大小，从而改善变换器的动态性能，减小体积和重量。TL直-直变换器不仅可以广泛应用于通信电源、功率因数校正等场合，还可以应用于船舶、高速电气铁路、城市轨道交通等高电压场合和低压大电流等场合［18］。

　　1.3 ML交-交变换技术的发展概况

　　近年来，随着电力电子技术的发展，交-交变换技术的应用领域不断向高电压、大容量电能变换拓展，如电力电子变压器、正弦交流调压器、交流斩波器和柔性交流输电系统（FACTS）控制器等。在高压电能变换领域中，现有器件的电压等级往往不能满足装置的需要，而且高压器件的价格也比较昂贵。ML技术是解决这一问题的有效方法。同时，ML变换器采用较多的电平数去逼近所希望的波形，从而可以大大减小滤波器的体积和重量、提高输出波形质量。

　　迄今为止，国内外电力电子研究人员对于交-交变换器的研究，主要集中在非隔离式、低频和高频隔离式等两电平交-交变换器［22，23］，而对于ML交-交变换器的研究主要包括：

　　一种应用于潮流控制器的模块化ML交-交变换器（M2LC）拓扑［24，25］，如图1.4（a）所示。该拓扑主要由四个图1.4（b）所示的级联型ML逆变器模块MLC构成，其实质为非隔离式交-直-交型ML交-交变换器。该变换器具有双向功率流、输出电压可控、电压传输比可为1、模块化、适用于高压大容量交-交变换等优点，但存在拓扑复杂、功率变换级数偏多（低频交流LFAC-直流DC-低频交流LFAC）、无电气隔离、输入侧功率因数低、变换效率和功率密度偏低、控制复杂等缺陷。

　　图1.4 模块化ML交-交变换器（M2LC）拓扑和级联型ML逆变器模块（MLC）

　　以M2LC为核心构成的中频隔离式交-直-交型ML交-交变换器［26］，可用于交流调速系统或供给交流负载。其电路结构由M2LC、中频变压器、整流器、逆变器和滤波电感等构成，如图1.5所示，具有电气隔离、输出电压可控、模块化、适用于高压大容量交-交变换等优点，但存在拓扑复杂、功率变换级数多（LFAC-DC-中频交流MFAC-DC-LFAC）、输入侧功率因数低、变换效率和功率密度低、体积和重量大、控制复杂等缺陷。

　　低频隔离式交-直-交型ML交-交变换器拓扑［27］，如图1.6所示。该变换器先将输入交流电整流，再利用n个逆变器模块进行逆变，*后经低频变压器隔离、级联，从而得到多电平的输出交流电。该变换器具有电气隔离、两级功率变换

在线阅读地址：多电平交-交直接变换技术及其应用在线阅读

在线听书地址：多电平交-交直接变换技术及其应用在线收听

在线购买地址：多电平交-交直接变换技术及其应用在线购买

暂无原文赏析，正在全力查找中！

编辑推荐

变流,变换器,研究

媒体评论

评论

前言

序言