有源箝位軟開關(guān)變壓器型Z-源逆變器的研究.pdf

1、現(xiàn)今，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，已被廣泛應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)、國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。其中電壓源逆變器作為應(yīng)用最為成熟的一種變流器，在不間斷電源、交流電機(jī)調(diào)速、新能源發(fā)電等領(lǐng)域中均得到廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的電壓源逆變器由于其結(jié)構(gòu)的局限性，在工作中存在一些缺陷:1）逆變器開關(guān)因電磁干擾易產(chǎn)生誤觸發(fā)，從而使逆變橋產(chǎn)生直通短路，對器件造成嚴(yán)重?fù)p壞;2）逆變器三相輸出交流電壓無法超過直流側(cè)母線電壓只能作為降壓式逆變器使用,大大限制了其應(yīng)用范圍。Z-源逆變器(Z

2、-Source Inverter)及衍生拓?fù)涞奶岢?，有效克服傳統(tǒng)電壓源逆變器存在的局限性。通過逆變器的直通狀態(tài)達(dá)到升降壓功能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保證了了電路工作的安全性，有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文在對變壓器型Z-源逆變器(Trans-Z-Source Inverter(TZSI))研究的基礎(chǔ)上，提出了一種具有軟開關(guān)功能的新型單級逆變拓?fù)洹性大槲卉涢_關(guān)變壓器型Z-源逆變器(Soft-Switching Trans-Z-Source

3、Inverter with Active Clamp(SSTZSI))。該單級逆變電路在Z-源網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕A(chǔ)上加以改進(jìn)，具有可靠性好、升壓范圍大、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。
　　與傳統(tǒng)電壓源逆變器相比，新型逆變器在工作時允許上下橋臂同時導(dǎo)通，利用直通模式使電路中儲能元件完成能量的儲存，實(shí)現(xiàn)前級電路大范圍升降壓功能;同時，對直通狀態(tài)的利用，增強(qiáng)了逆變器工作的可靠性。在升壓原理方面，新型逆變電路與變壓器型Z-源逆變器相同，均依靠耦合電感匝比與

4、直通占空比對直流鏈電壓進(jìn)行二維調(diào)節(jié)，避免了Z-源逆變器的輸出量只受直通占空比單一調(diào)節(jié);在逆變器控制中，二維調(diào)節(jié)充分緩解了逆變器調(diào)制因子與直流鏈升壓倍數(shù)間的矛盾，電路能工作在小占空比、高調(diào)制因子、高輸出增益的工作模式下，實(shí)現(xiàn)大范圍升壓功能。與變壓器型Z-源逆變器相比，通過加入獨(dú)特的有源箝位結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電路中有源器件的軟開關(guān)功能，降低了損耗與EMI的影響;通過輔助開關(guān)與箝位電容的作用，將耦合電感中漏感的能量有效利用，使直流鏈的電壓過沖現(xiàn)象得

5、到了有效控制，提高了電路工作效率。
　　文章首先分析了有源箝位軟開關(guān)變壓器型Z-源逆變器不同階段的工作模式及升降壓功能實(shí)現(xiàn)機(jī)理，詳細(xì)推導(dǎo)了電路中各部分的能量關(guān)系，研究了電路性能隨升壓因子與寄生參數(shù)的變化趨勢，為電路優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù);在此基礎(chǔ)上建立了SSTZSI前級升壓電路的小信號模型，設(shè)計了相應(yīng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對直流鏈電壓、三相交流輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)定控制;使用Saber仿真軟件對電路性能及相關(guān)理論分析進(jìn)行仿真驗(yàn)證，并在實(shí)驗(yàn)室搭建1k