（电力电子与电力传动专业论文）交交型高频环节acac变换器研究.pdf

a b s t r a c t t h ed r e s e n ts t a t u s ，d e v e l o p m e n tt r e n da n da p p l i c a t i o nf i e l do fa c a c c o n v e r t e r sa r e f i r s t l yp r e s e n t e di nt h et h e s i s t h e nn o v e lc i r c u i ts t r u c t u r ea n dc i r c u i tt o p o l o g i e sf a m i l yo fv o l t a g em o d e ( b a s e do n f o r w a r dc o n v e r t e r ) a n dc u r r e n tm o d ec o a s e do nf i y b a c kc o n v e r t e r ) a c a cm o d ea c a c c o n v e r t e r sw i t hh i g hf r e q u e n c yl i n k ，a r ep r o p o s e d ，t h ec i r c u i ts t r u c t u r eo ft h i s k i n do f c o n v e r t e r si sc o n s t i t u t e do fi n p u tc y c l o c o n v e r t e r , h i g hf r e q u e n c yt r a n s f o r m e r ( h i g h f r e q u e n c ys t o r a g et r a n s f o r m e r ) ，o u t p u tc y c l o c o n v e r t e r , i n p u ta n do u t p u tf i l t e r t h ec i r c u i t t o p o l o g i e sf a m i l yo fv o l t a g em o d ea c a cm o d ea c a cc o n v e r t e r sw i t hh i g hf r e q u e n c y l i n ki n c l u d ee i g h tc i r c u i tt o p o l o g i e s ，s u c ha ss i n g l ef o r w a r dm o d e ，i n t e r l e a v e d f o r w a r dm o d e p u s hp u l l f u l l w a v em o d e ，p u s hp u l l f u l lb r i d g em o d e ，h a l fb r i d g e f u l lw a v em o d e ，h a l f b r i d g e f u l lb r i d g em o d e ，f u l lb r i d g e - f u l l w a v em o d e ，a n df u l l b r i d g e f u l lb r i d g e m o d e e t c t h ec i r c u i tt o p o l o g i e sf a m i l yo fc u r r e n tm o d ea c a cm o d ea c a cc o n v e r t e r sw i m h i g hf r e q u e n c y l i n ki n c l u d e s i n g l ef o u r - q u a d r a n tp o w e rs w i t c hm o d e ，p u s h - p u l lm o d e ， h a l f - b r i d g em o d e ，a n df u l l b r i d g em o d e c i r c u i t s t a k i n gf u l lb r i d g e f u l lb r i d g em o d ec i r c u i ta s a ne x a m p l e ，p r i n c i p l eo fu n i p o l a r i t y p h a s es h i f t i n gc o n t r o l li si n t r o d u c e d t h et w e l v ek i n d so fm o d e sa n de q u i v a l e n tc i r c u i t so f v o l t a g em o d ea c a cm o d ea c a cc o n v e r t e r sw i mh i g hf r e q u e n c yl i n kw i t h i no n eh i g h f r e q u e n c y s w i t c h i n gp e r i o d a r e c a r e f u l l ya n a l y s e s b yu s i n g t h e s t a t e s p a c ea v e r a g i n g a p p r o a c h ，t h e c o n v e r t e r s a v e r a g i n gm o d e li sp r e s e n t e d ，a n dt h ed e s i g n c r i t e r i o no fk e y c i r c u i tp a r a m e t e r sa n dt h eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i cc u r v ea r eg i v e n t a k i n gs i n g l ef o u r q u a d r a n tp o w e rs w i t c hm o d ec i r c u i ta sa ne x a m p l e ，t h eo p e r a t i o n a l m o d e ，s t e a d yp r i n c i p l e s ，t r a n s i e n tv o l t a g e f e e d b a c kc o n t r o ls t r a t e g yo fc u r r e n tm o d ea c - a c m o d ea c a cc o n v e r t e r sw i 血h i g hf r e q u e n c yl i n ka r ei n v e s t i g a t e d t h eo u t p u tc h a r a c t e r i s t i c c u r v ea n dt h ed e s i g nf o rt h ek e yc i r c u i tp a r a m e t e r sa r e g i v e n p r o t o t y p e s f o rl k v a 2 2 0 v 1 0 ( 5 0 h z ) 1 1 0 v ( 5 0 h z 、u n i p o l a r i t yp h a s e s h i f t e d c o n t r o l l e dv o l t a g em o d ea c a cm o d ea c a cc o n v e r t e rw i t hh i g h 疔e q u e n c yl i n ka n d 5 0 0 v a2 2 0 v115 ( 5 0 h z ) 2 2 0 v ( 5 0 h z ) s i n g l ef o u r - q u a d r a n tp o w e rs w i t c hm o d ec u r r e n t m o d ea c a cm o d ea c a cc o n v e r t e rw i t hh i g hf r e q u e n c yl i n k ，a r es u c c e s s f u l l yd e s i g n e d a n d d e v e l o p e d t h ep r o t o t y p et e s tr e s u l t si n d i c a t e ：v o l t a g em o d ea n dc u r r e n tm o d ea c a c m o d ea c a cc o n v e r t e r s 、v i t l l h i 曲f r e q u e n c yl i n k h a v et h e a d v a n t a g e s s u c ha s h i g h f r e q u e n c ye l e c t r i c a li s o l a t i o n ，s i m p l et o p o l o g y , t w o s t a g ep o w e rc o n v e r s i o n s ，h i g hp o w e r d e n s i t y , b i d i r e c t i o n a lp o w e rf l o w , g o o dl i n e c u r r e n t w a v e f o r m ，n o a u d i o n o i s e ，h i g h c o n v e n i n ge f f i c i e n c y ，a n dh i g hi n p u tp o w e rf a c t o re t e t h i sk i n do f c o n v e r t e rl a yt h ek e y t e c h n i c a lf o u n d a t i o no nn e w t y p er e g u l a t e d s i n u s o i d a la c p o w e rs u p p l e e l e c t r o n i c t r a n s f o r m e r ，a cr e g u l a t o r , a n dw a v ec o n v e r t e re t c k e y w o r d s ：h i g hf r e q u e n c yl i n k ，a c a cc o n v e r t e r ，b i d i r e c t i o n a lp o w e rf l o w ，v o l t a g e m o d e ，c u r r e n tm o d e ，u n i p o l a r i t yp h a s es h i f t i n gc o n t r o l ，t r a n s i e n tv o l t a g ef e e d b a c k c o n t r o l 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 高频环节变换技术( h i g hf r e q u e n c yl i n kt e c h n i q u e s ) 即高频电气隔离电力电 子变换技术，是实现电气隔离电力电子变换器高功率密度的有效途径。国内外电力电 子技术研究人员对高频环节d c d c 变换器、a c d c 变换器、d c a c 逆变器的研究，已取 得了显著的成果“、2 3 3 ：电气隔离型d c d c 变换器变得轻巧：a c d c 整流电源已由工 频变压相控整流结构，发展成了高频环节开关型整流结构：d c a c 逆变电源已由低 频环节结构，发展成了高频环节结构。然而，人们对a c a c 变换器的研究仅局限于无电 气隔离的a c a c 变换器、低频环节a c a c 变换器、交一直一交型低频环节和高频环节 a c d c a c 变换器等。 本章系统地论述了a c a c 变换器的现状、发展与应用前景，介绍了本文的主要意 义与研究内容。 1 1 a c a c 变换器的现状与发展 a c a c 变换器是应用功率半导体器件，将某一频率和幅值的交流电能转换成同一 或另一频率和幅值的交流电能的一种变流装置。按照交流负载与交流电网是否有电气 隔离来分，a c a c 变换器可分为非电气隔离型和电气隔离型两类。 1 1 1 非电气隔离型a c a c 变换器 1 可控硅相控变频器 传统的可控硅相控变频器“。实现了a c a c 功率变换，输出电压频率一般不超过输 入电压频率的三分之一，而且输入电压相数越多，输出波形也越好。以双半波整流电路 为例，如图1 1 所示。为了在负载端得到交流输出电压，需分别改变正组整流器和反 组整流器的控制角a ，使控制角n 在0 - 9 0 0 之间以适当规律变化，则可获得按正弦规 律变化的平均输出电压。图1 1 ( b ) 是采用“余弦波交截控制法”控制的相控整流器 原理波形，控制角n 满足 斤 一 型二u c o s 0 【= 4 2 u 。s i n 。t ( 1 一1 ) 尢 从而求出各个控制角使变换器的输出基波为正弦的电压。该输出电压谐波含量多，波 形正弦度不高。 交一奎型壹塑墅堇垒曼竺曼至垫堡堡塑 一 _ 一一 沁 、 正妇 z l e 个u e ； ( n i旷h ：。：反纽 z ： 护 u a = x 2 u s i n t o t u b = 一x 互u s i n a c l ( a ) 双半波整流电路 k l 良氢翰垒骜骶多w讯豺吞 、封 凭 l j 3夸 八孰赠爹蓊蓼豺孰虐j r i i】，二+ 1 ! ： j ， 酾懈 i ! i 小 ，7 垆、滞q，一 从枞舭 、 淹嫩妣彤队矗 反组整 j + l 正组逆， 、2 b 。 【乖蛔拉游； ( b ) 工作波形 图卜1 双半波整流电路 2 矩阵变换器 矩阵变换器“是一种采用高频p w m 技术将任意频率和电压的多相电源直接转换成 另一种电源的a c a c 变换器，具有输入电流波形好、功率因数高、双向功率流、无中 间储能环节、输出电压频率可高于或低于输入电压频率、控制复杂等特点。三相输入 到三相输出的矩阵变换器电路结构和拓扑如图卜2 所示，其中s 。s 。为四象限功率开 关，用于阻断任意方向的电压和电流。对矩阵变换器进行控制时，首先要检测三相输 入电压，然后根据所需要的输出电压大小计算出各个功率开关的导通时间，去控制各 个开关管，从而得到输出电压。 南京航空航天大学硕士学位论文 ( a ) 电路结构 ( b ) 电路拓扑 图卜2 三相输入到三相输出的矩阵变换器 1 1 2 电气隔离型a c a c 变换器 1 低频环节a c a c 变换器 文献 7 提出了一种半桥p w m 低频环节a c a c 变换器拓扑，如图卜3 所示，其中 s - 、s 。、s a 均为四象限功率开关。这种电路拓扑实际是由两个a c a cb u c k 变换器互补 地工作，文献仅对纯电阻负载时的原理作了简单分析，而且得到的输出电压波形畸变 现象严重，明显存在三次谐波分量。该变换器虽然实现了电气隔离，但变压器工作在 低频，变压器体积重量大，很难提高功率密度。 交一交型高频环节a c a c 变换器研究 图卜3 半桥p w mt i c a c 变换器电路拓扑 交一直一交型低频环节a c a c 变换器电路结构，如图卜4 所示。交一直一交型低频环 节a c a c 变换器实现了输出与输入工频电气隔离，但存在单向功率流、网侧功率因数 低、变压器体积重量大、音频噪音大等缺陷。 单向功率传递 d c l j +。门 ： _ m一j 一： ； w 删 n _ 帅u h - 噬 i - d s 2 理! ：唑一恕噬。：! ! s s tik j 州：艮m 叫、 j j 叫 ( b ) 机内辅助高频开关电源开关管q 6 的漏源电压u d s ( c h l ：1 0 0 v d i v ，5 u s ) 和驱动电压u g 。( a m ：5 v d i v ，5 u s ) 图3 一l o 机内辅助高频开关电源 3 5 功率电路主要元器件设计与参数选择 3 5 1 开关频率的选择 群鳜季qt “钐响? 开关频率取得高，能有效减小变压器和输出滤波电感的体积重量，但会增大开关 损耗，还会带来严重的e m i 问题，经综合考虑，本电路选择开关频率为4 0 k h z 。 3 5 2l c 输出滤波器设计 3 5 2 1 输出滤波电容的选择 变换器输出的最大功率为p 。a x = 1 0 0 0 1 1 0 = 1 1 0 0 w ，考虑滤波电容中5 的电流 影响，则滤波电容最大电流有效值i c f m a x ( 1 0 5 2 1 2 ) ( p o r e 。u 。) = 2 9 1 a ，故滤波 电容c r i c f 。( 2nu 。f o ) = s 4 u f ，其中u 。= 11 0 v ，f o = 5 0 h z 。通过仿真和试验确定输出 滤波电容c r = i o u f 。滤波电容电流有效值i c f = c e u 。= o 3 4 5 a 。 3 5 2 2 输出滤波电感的设计 输出滤波电感电流脉动量取1 0 额定输出电流值，在正弦电压的峰值有：i f l 0 i “：= 1 0 x p o u o 1 4 1 4 = 0 1 1 0 0 0 i 1 0 1 4 1 4 = 1 2 9 a l ，：竖车当t n ：0 8 x 1 9 8 、2 - 1 1 0 - , 2 旦：5 3 l u h ( 3 1 ) 1 a i 1 2 94 0 x 1 0 3 南京航空航天大学硕士学位论文 取滤波电感l r = 6 0 0 u h 。 额定负载时，负载电流有效值i o t a 。( - ( p o 。，u o ) = 1 0 0 0 1 1 0 = 9 0 9 a ，电感最大电流有 效值i l r m a x = 4 i 。，2 十i o 。2 = 9 1 a 。考虑滤波电感电流1 0 的脉动量，滤波电感电流峰 值是i l r p = 2 i l h 。1 1 0 = 1 4 1 5 a 。选择m n z n r 2 k b d 型铁氧体材料磁芯p m 6 2 x 4 9 ， 磁路有效截面积s = 4 9 c 舒，窗口面积q = 3 3 8 c m 2 ，饱和磁密b s = 5 1 0 0 g s ，选用b , , = 3 3 0 0 g s ， 根据 n ：些x l o s ：堕竺幽x 1 0 。：5 2 5 ( 3 - 2 ) b s 3 3 0 0 4 9 取n = 5 3 可得气隙 6 ：u o ，n 2 s ：塑坐善弩掣：2 8 8 r n m ( 3 - 3 ) n = =) l 。0 6 1 0 。 按照滤波电感电流有效值i l r m 。= 9 1 a 选择导线，取电流密度j = 3 5 0 a c m 2 ，选择o 1 x 2 9 m l t l 2 铜皮。可得窗口利用系数 k 。= 5 3 o 1 2 9 3 3 8 = 0 4 5 5( 3 4 ) 说明可以绕得下。 3 5 3 高频变压器设计 电路要能在1 1 0 额定负载时工作1 2 0 m i n ，1 5 0 额定负载时工作5 r a i n ，变压器按 1 1 0 额定负载设计。 3 5 3 1 确定磁芯型号和原、副边绕组匝数 根据( 2 一董b ) 式可知单极性移相控制时输出电压与输入电压之间的关系式为 u 。：d u i n2 l ( 3 - 5 ) n i + r r t 7 其中，d 为有效占空比( 取d m a x = 0 8 ) ，甩为负载电阻( 额定负载电阻r l m i n = 1 2 1q ) ， r 为线路等效内阻( 取r = 0 5 q ) 。则 簧= 证u o n a x x(1+去)=155丽54r 2 8 08 ( 1 + 篙1 2 ) - o _ 7 2 ( 3 - 6 ) n ，u ；。d 。、。 0 、17 。 、 取n 2 n i = 0 8 。 选择铁氧体l p 3 材料磁芯p m 7 4 ，饱和磁密b s = 5 1 0 0 g s ，磁路有效截面积s = “ ( 2 8 8 2 0 5 1 2 ) 4 = 6 1 l c m 2 ，窗口面积q = ( 5 7 6 2 8 8 ) 4 2 2 = 6 0 5 c m 2 。取工作磁密a b = 2 b = 2 3 0 0 g s ，开关频率f s = 4 0 k h z ，变压器原边绕组匝数为 n=坠kxl0=1280 x丽04(40 x10)abs l 9 9( 3 7 ) 2 3 0 0 6 1 1 。 交一交型高频环节a c i a c 变换器研究 取n ，- - 2 0 匝，则副边绕组匝数n 2 _ 1 6 匝。设变换器的效率t 1 为9 0 ，铁氧体的填充系 数k c = 1 ，窗口利用系数k u = o 3 5 ，导线电流密度j = 3 0 0 a c m 2 ，因此 s q = 畿，。8 = 垦宅；凳急尝鼍芝i 呈? 黜t 。8 = ，。_ 2 + 6 i i x 6 0 5 - - 3 7( 3 - 8 ) 说明该磁芯合适。 3 5 3 2 确定原、副边绕组导线线径 变压器副边最大电流有效值与滤波电感最大电流有效值相等，即 1 2 m a x = l l 抽。= 9 1 a 变压器原边最大电流有效值i , m a x - - 1 2 。x n 2 n l + i l m 文1 2 m 缸x n 2 n 1 ) 1 0 5 = 7 6 4 a 。i l m 为变压器磁化电流有效值，按5 考虑。 取电流密度j = 2 5 0 a c m 2 ，考虑到高频集肤效应，开关频率f s = 4 0 k h z 时，铜导线 的穿透深度为o 3 3 0 4 m m 。原边、副边绕组都选用0 1x3 6 = 3 6 m m 2 的铜皮。 校验磁心窗口面积，窗口利用系数为 k 。= ( n i x 0 1 3 6 + n 2 0 1 3 6 ) q = o 2 1 4( 3 - 9 ) 上式说明绕组能绕得下。 变压器只有两个绕组，且匝数相近，为了减小变压器漏感，原副边采取并绕的方 式进行绕制。 3 5 4 功率器件选择 输入周波变换器功率开关s l 。( s l b ) 、s 2 a ( s z b ) 、s 3 。( s 3 b ) 、s 4 。( s 4 b ) 承受的稳 态最大电压应力皆为u d s 。产u i 。= 2 2 0 l l o x1 4 1 4 = 3 4 2 v ，其最大有效值电流应 力为i l m a x = 7 6 4 a 、峰值电流应力为2i l m 。x _ 1 0 8 a 。 输出周波变换器功率开关s 5 。( s 5 b ) 、s 6 。( s 6 b ) 、s 7 。( s 7 b ) 、s 8 。( s 8 b ) 稳态时最 大电压应力皆为u i 。a x n 2 n i = 2 7 4 v ，其有效值电流应力为1 2 。= 9 1 a 、峰值电流应力为 4 21 2 。= 1 2 9 a 。 考虑到电压电流尖峰和市场的供货情况，所有的功率开关均采用f a i r c h i l d 公司 1 g b t 管h g t g 2 0 n 6 0 a 4 d 2 叫6 0 0 v 垄一。丹弥孝f 善。 3 6 原理样机试验结果与讨论 3 6 1 性能指标 为了验证本文提出的单极性移相控制电压源交一交型高频环节m m 变换器新概 念的正确性，设计并研制成功了l k v a2 2 0 v + 1 0 5 0 h z a c i i o v 5 0 h z a c 单极性移相控制 电压源交一交型高频环节a c a c 变换器原理样机，获得了优良的综合性能指标： 南京航空航天大学硕士学位论文 输入电压：1 9 8 2 4 2 v a c 输出额定容量：l k v a 输出电压：1 1 0 v _ + 1 v 输出电压频率：与电网电压同频同相 输出电压波形t h d ： 0 9 0 0 9 8 过载能力：1 1 0 额定负载1 2 0 m i n ，1 5 0 额定负载5 m i n jc 5 f 0 7 舟。 体积：3 4 0 x 1 6 0 x 1 2 0 ( 唧3 ) 。、“ 一、。 芒”9 十7 r = 重量：5 o 螬j 箩撼爰绷铷矗劲?川 3 6 2 试验波形。7 ： 3 6 2 1 功率电路试验波形c 口望局， 在输入电压为2 2 0 v a c 时功率电路试验波形，如图3 1 1 所示。图3 - 1 l ( a ) 是阻性 满载，示波器扫描速度为5 m s d i v 时，变压器t 原边电压和原边电流；图3 - 1 1 ( b ) 是 阻性满载，示波器扫描速度为5 t t s d i v ，在输入正弦电压峰顶时变压器t 原边电压和 原边电流。由试验波形可知：变压器工作频率是4 0 k h z ，绕组电压为双极性三态高频交 流脉冲波。图3 1 l ( c ) 是输出周波变换器功率开关s 5 b 的漏源电压和驱动电压，能够很 明显地看出输出周波变换器功率开关实现了z v s 开关。输出电压和输出滤波电感电流 如图3 - 1 l ( d ) 所示。图3 一1 1 ( e ) 是阻性满载，示波器扫描速度为5 m s d i v 时，输出滤波器 前端电压和输出电压；图3 1 1 ( f ) 是阻性满载，示波器扫描速度为5 t is d i v 时，在正弦 电压峰顶时输出滤波器前端电压和输出电压，由图可知滤波器前端电压为单极性p w m 。 图3 1 1 ( g ) 是输出电压和输入电压，由试验波形可见：输入电压波形畸变严重，输出电 压波形质量高。阻性、感性和容性满载时的输出电压和输出电流波形分别如图3 一l l ( h ) 、 3 11 ( i ) 和3 - 1 1 0 ) 所示。 交- 交型高频环节a c a c 变换器研究 p 一：阳 l ：l1 - 。 ll 一| j 1 _r p i u ，：二一。 i ! ： i i i i ii i i i 。i ” 遴型i 。 if。r 划 f j 纵轴：c h l 一变压器原边电压2 0 0 w d i v 纵轴：c h l 一变压器原边电压2 0 0 v d i v c h 2 一变压器原边电流8 4 a d i vc h 2 一变压器原边电流8 4 d i v 横轴：5 m s d i v横轴：5us d i v ( a ) 变压器原边电压和原边电流低频图( b ) 变压器原边电压和原边电流高频展开图 llll j l1 ：h i 卜一： ll -： r 。卜 一 卜| = 一 圳k ， ；fk hl j * 删 l 一- 婶 ? 监羞盐螺 纵轴：c h l 一s 5 b 的漏源电压l o o v d i v c h 2 一s 5 b 的驱动电压4 v d i v 横轴：5us d i v ( c ) 功率开关s 5 b 的漏源电压和驱动电压 -t j ：_卜，l 口 7 。! l _ | l 1。， 纷j 。，1 0专j 一夕汐， l ： k n 一 ， ：v 。：一 ：v i 麟- 澎| | 溅 k 彬一 崦：j w - 侧! - 渺i 一 一 纵轴：c h l 一输出电压1 0 0 v d i v c h 2 一输出滤波电感电流5 a d i v 横轴：5 m s d i v ( d ) ) 输出电压和输出滤波电感电流 瀚 f 一 ? 1j j 卜。卜 ：ij ：卜卜 _ 泪：啼 ：_ “： -： ， 一 _ ： ： ：熙基裂：害嚣黜：盟 纵轴：c h l 一输出滤波器前端电压 纵轴：c h l 一输出滤波器前端电压1 0 0 v d i v 南京航空航天大学硕士学位论文 c h 2 一输出电压1 0 0 v d i v 横轴：5 m s d i v ( e ) 输出滤波器前端电压和 输出电压低频图 l ： ? 1 1 缀| 汐。润 一娃 | 1 j 匙。 爹l | r v ； - ：1 ： 一 一! 一 一：一 纵轴：c h l 一输出电压1 0 0 w d i v c h 2 一输入电压l o o v d i v 横轴：5 m s d i v ( g ) 输出电压和输入电压 簖淤 c h 2 输出电压1 0 0 v d i v 横轴：5 l as d i v ( f ) 输出滤波器前端电压和 输出电压高频展开图 硪| 雾誉溅 虻 。一- 狐z i o 帮s _ | 念 纵轴：c h l 一输出电压4 0 v d i v c h 2 一输出电流5 a d i v 横轴：5 m s d i v 输出电压和输出电流( 阻性满载) 、 、 厂 臣 卜j 忒峨。 | 细娅| | 如 群 ”铴乒 z 啊 | ， | | i l r 。j f ! 7 ；+ 纵轴：c h l 一输出电压4 0 w d i v纵轴：c h 卜一输出电压4 0 v d i v c h 2 一输出电流5 a d i vc h 2 一输出电流lo a d i v 横轴：5 m s d i v横轴：5 m s d i v ( i ) 输出电压和输出电流( 容性满载)a ) 输出电压和输出电流( 感性满载) 图3 1 1 功率电路试验波形 3 6 2 2 控制电路试验波形 控制电路试验波形，如图3 1 2 所示。图3 - 1 2 ( a ) 是输入周波变换器功率开关s l 。的 驱动信号和输入电压，由试验波形可知：在输入电压正半周，功率开关s l 。处于高频斩 波状态，在输入电压负半周，功率开关s 1 。处于常通状态。图3 - 1 2 ( b ) 是基准正弦电压 和输入电压，明显可看出基准正弦电压波形光滑，正弦度高，与输入电压反相。变换 器在空载、阻性满载、感性满载和容性满载时基准正弦电压和误差电压，分别如图3 一l l 交。交型高频环节a c a c 变换器研究 ( c ) 、( d ) 、( e ) 、( f ) 所示，由试验波形可知：在输入电压正半周，误差电压极性基 本为正，仅仅在正弦零点附近为负，在输入电压负半周，情况正好相反。这说明变换 器在正弦零点附近工作在能量回馈状态，其他时间都在向负载传送能量。图3 1 2 ( g ) 是 变换器发生保护时的基准正弦电压和误差电压，这时误差电压基本为零，对应的输入 周波变换器移相角为零。图3 一1 2 是电压误差放大器饱和时基准正弦电压和误差电压， 这是误差电压的最大值，对应的输入周波变换器移相角也最大。 n ：。厂气厂弋 2 卜：j 卜：卜 _ - _ 一一 一0 。娜_ 气；_ 3 一- 卜o 一卜：一 u d 纵轴：c h l 一s 1 。驱动信号1 0 v d i v c h 2 一输入电压i o o v d i v 横轴：5 m s d i v ( a ) 功率开关sl 。的驱动信号和输 、电压 一心fi - 。：厂一 队 ? 扩、，w、f ， ，v 囊肚哉；已捌 u 。 ： ， ：霹器0 黑i 二l 艘 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v t d i v c h 2 一误差电压1 0 v d i v 横轴：5 m s d i v ( c ) 空载时的基准正弦电压和误差电压 ir ；九j rn 1 瓜l ：k h 1 广 一慨m 0 一- |v 一 、fllv1 ”；觥 h! 雕 一。 u 。一 0 ：v ：r - k j t 一 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v d i v c h 2 一输入电压1 0 0 v d i v 横轴：5 m s d i v ( b ) 基准正弦电压和输入电压 a 蔫 i j ! f l：雄 、厂? 、吲t f ui 矿。 l 。川 1 1 i 。刘卜b刈k j 一 一 ：v j一、 一一 ：黑：i 搿糍l i ! 篮 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v d i v c h 2 误差电压1o v d i v 横轴：5 m s d i v ( d ) n 性满载基准正弦电压和误差电压 南京航空航天大学硕士学位论文 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v d i v c h 2 一误差电压1 0 v d i v 横轴：5 m s d i v ( e ) 感性满载时的基准正弦电压和误差电压 1 _ 。 1 八尸慝。纛 。 。 。 。、一一j ； ：。一。k 、 = 。专 。 - 。 、 ， 一 j 一 。 。 ： 一 ：盛篓黜然：盖l 慧 。 n 妖广 憾翩 一盯。一 。a ! 弧_ 脏列 卜b 一j w ：_ 一 v ：熙鬻雠盛! ：篮 纵轴：c h l 基准正弦电压5 v d i v c h 2 一误差电压l o v d i v 横轴：5 m s d i v ( f ) 容性满载基准正弦电压和误差电压 一厂、 r i，、 一 ! 、f l ，i 厂刁7 一汤 1 2 k _ j ! 一、 ：一i l 二；j 7l 一 一 v 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v d i v 纵轴：c h l 一基准正弦电压5 v d i v c h 2 一误差电压1 0 v d i vc h 2 误差电压1 0 v d i v 横轴：5 m s d i v横轴：5 m s d l v ( g ) 保护时的基准正弦电压和误差电压( h ) 调节器饱和时基准正弦电压和误差电压 图3 1 2 控制电路试验波形 3 6 3 原理样机试验数据( 表中数据除变换效率外都为实际测量值) 不同输入电压u 。、不同性质负载时电压源交交型高频环节a c a c 变换器的原理样 机试验数据，如表3 1 、3 - 2 所示。由表3 1 、3 2 可知，当输入电压变化或负载变化 时，输出电压的变化小于1 v ，即相当于0 9 ，变换器的源调整率和负载调整率是相 当离的。在额定输入电压2 2 0 v a c ，不同性质额定负载时交换效率大于8 0 0 8 5 3 。 根据表3 1 、表3 2 试验数据绘制的变换器的效率曲线，如图3 - 1 3 所示。在同一 负载条件下，输入电压越高，变换器的变换效率越低，这时因为输入电压高时，输入 周波变换器的移相角减小，变压器的零状态环流时间增多，影响了交换效率。 表3 1 阻性负载时测得的试验数据 奎：窒型壹塑堡羔垒! 竺里銮垫量堕塑 沌量 输入网侧功输出 输出输出变换输出 输入 嬲| 电流功率率因数电压 电流功率效率电压 枞 电压、 i ip i ( w ) c o s 中 u o ( v )i 。( a )p o ( t 肋 ( a )( w ) j( ) o 7 7 13 3 2o 2 1 71 1 0 0oo1 7 0 1 t 3 1 82 0 5 。60 7 8 81 0 9 51 4 4 21 5 7 57 6 6 0 1 8 2 2 0 9 83 8 1 90 9 1 41 0 9 32 8 6 63 1 2 o8 1 7 01 9 3 u 尸1 9 8 v 2 9 8 25 6 ( i 10 9 5 21 0 9 24 2 8 44 6 5 48 3 1 02 - 3 s 3 8 6 57 3 9 40 9 6 71 0 9 o5 6 8 66 1 8 68 3 6 62 9 2 4 7 1 69 1 0 40 9 7 51 0 9 07 0 8 57 7 0 38 4 6 13 0 7 6 0 7 11 1 7 8 00 9 8 01 0 9 09 1 9 11 0 0 5 38 5 3 43 7 0 0 7 9 13 5 20 2 0 21 1 0 0001 6 5 1 2 7 52 1 0 10 7 4 41 0 9 81 4 3 71 5 8 57 5 4 31 7 9 1 9 7 03 8 3 6o 8 9 11 0 9 32 8 6 23 1 2 o8 1 - 3 31 9 1 u i = 2 2 0 v 2 7 4 55 5 9 80 9 3 61 0 9 24 2 8 04 6 5 48 3 1 32 1 1 3 5 4 87 4 4 60 9 5 71 0 9 15 6 8 26 2 2 08 3 5 42 6 8 4 _ 3 1 09 1 6 90 9 6 71 0 9 17 0 8 97 7 4 。88 4 5 03 。0 5 5 4 6 61 1 7 8 5o 9 8 01 0 9 09 1 9 01 0 0 5 38 5 3 03 5 8 0 8 2 93 7 5 8o 1 8 71 1 0 o001 6 8 1 2 5 72 1 6 50 6 9 71 0 9 91 4 3 81 6 0 57 4 1 51 。8 6 1 8 8 33 9 2 50 8 5 71 0 9 72 8 6 43 1 4 18 0 0 31 9 7 u j = 2 4 2 v 2 5 7 45 7 00 9 1 31 0 9 54 2 7 94 7 0 18 2 4 82 2 0 3 2 9 77 5 3 90 9 41 0 9 45 6 8 86 2 5 28 2 9 32 6 2 4 0 4 19 3 2 00 9 5 31 0 9 47 0 9 77 8 0 9 8 3 7 93 0 9 5 0 2 11 1 9 0 70 9 8 01 0 9 39 1 9 91 0 1 0 28 4 8 1 3 4 l 3 8 堕室堕窒皇垦丕盔堂堡主堂垡堡苎 表3 2 容性负载时测得的试验数据 吨量 输入输入网侧功输出输出输出 负载变换输出 斌 电流功率率因数电压电流有功 功率效率电压 输心 i ； p ic o s o ；u 。i o功率因数 ( )t h d 廛压( a ) ( w )( v )( a )p 。( w )c o s 中。( ) 1 6 7 61 9 3 40 5 8 31 1 0 01 6 7 4 1 3 80 7 6 27 1 3 42 9 7 2 6 9 63 5 7 6 0 6 7 01 1 0 13 3 2 92 7 90 7 6 17 8 0 2 3 1 1 3 7 4 05 1 9o 7 0 11 1 0 24 9 2 94 1 40 7 5 97 9 7 7 3 2 3 u = 1 9 8 v 4 8 1 06 8 5 2o 7 1 91 1 0 36 5 5 85 5 00 7 5 88 0 2 73 5 3 5 2 4 1 )8 5 4 90 8 2 41 1 0 48 1 7 96 9 0 o 7 5 98 0 7 13 7 8 5 7 2 21 0 1 9 60 9 0 01 1 0 59 7 5 28 2 40 7 5 68 0 8 23 9 6 1 6 2 21 9 6 30 5 5 01 1 0 01 6 7 21 4 00 7 6 27 1 3 32 9 6 2 5 7 23 6 1 10 6 4 01 1 0 13 3 3 22 7 9 ，40 7 6 17 7 3 73 0 8 3 5 4 55 2 2 6o 6 7 01 i o 24 9 3 14 1 40 7 5 97 9 2 23 2 0 u ；= 2 2 0 v 4 2 1 06 8 90 7 4 41 1 0 - 36 5 5 75 5 00 7 5 87 9 8 43 4 8 4 8 2 88 6 0 30 8 1 01 1 0 48 1 8 1 6 的 0 7 5 97 9 9 73 。7 6 5 2 1 21 0 3 2 00 9 0 01 1 0 59 7 5 9 8 2 q 0 7 5 68 0 3 23 9 2 1 6 1 61 9 9 70 5 1 11 1 0 o1 6 7 51 4 0 90 7 6 27 0 5 42 9 8 2 5 1 43 6 5 30 6 0 01 1 0 23 3 3