大功率变流技术与应用（五）——PWM开关模式直-直变流器

直-直变流器已广泛用于计算机、电子装置、直流电传动和新能源中。太阳能发电、燃料电池本身只能输出较小的直流电压，其输出特性随负载变化大，因此需通过直．直变流器进行调节。多年来，随着电力电子器件和控制技术的发展，以追求紧凑、高性能、低损耗为目标，促使直-直变流器的电路拓扑、功能优化不断取得新的进步。基本电路通过重构、组合产生了各种新的变流器类型。与此同时，PWM开关模式直-直变流器的建模、软开关及各种现代控制技术的研究成果及移植应用，使得直-直变流器技术及其应用前景更加值得关注。     

大功率变流技术与应用(五)——PWM开关模式直-直变流器

直-直变流器巳广泛用于计算机、电子装置、直流电传动和新能源中.太阳能发电、燃料电池本身只能输出较小的直流电压,其输出特性随负载变化大,因此需通过直-直变流器进行调节.多年来,随着电力电子器件和控制技术的发展,以追求紧凑、高性能、低损耗为目标,促使直-直变流器的电路拓扑、功能优化不断取得新的进步.基本电路通过重构、组合产生了各种新的变流器类型.与此同时,PWM开关模式直一直变流器的建模、软开关及各种现代控制技术的研究成果及移植应用,使得直-直变流器技术及其应用前景更加值得关注.     

阻抗源逆变器

本文介绍了阻抗源功率变流器(缩写为Z-源变流器)及其实现直-交、交-直、交-交、直-直功率变换的控制方法.阻抗源变流器采用独特的阻抗网络(或电路)将变流器的主电路与电源连接,因而具有分别使用电容器和电感器的传统电压源(或电压供电)和电流源变流器不能实现的独特特性.阻抗源变流器克服了传统电压源变流器和电流源变流器概念和理论上的障碍和限制,提出了新的功率变换概念.阻抗源概念能运用于整个直-交、交-直、交-交、直-直功率变换中.为了描述其工作原理和控制方法,重点分析了燃料电池应用中直-交功率变换的阻抗源逆变器.介绍的仿真和实验结果将证明这一新特性.     

一种新型交-直-交变流器在双馈调速系统中的应用

通过研究基于传统晶闸管交-直-交变流器的双馈调速系统原理,提出了一种新型交-直-交变流器,对新型变流器的工作原理、主要器件参数设计进行了研究分析。在Matlab软件的Simulink环境下搭建新型交-直-交变流器及基于该变流器的双馈调速系统模型,对新型变流器工作过程及双馈电机的典型工况进行了仿真。结果表明,新型交-直-交变流器满足系统要求,实现了双馈电机的四象限运行。     

自换向辅助电路零电压转换PWM变流器(一)

介绍了一类新型的零电压转换(ZVT)的直-直PWM变流器,它使用了一个与辅助开关相连接的LC谐振电路,该电路被视为一个自换向辅助电路.它在较宽的负载范围为辅助开关实现零电流换向提供了一种简单可靠的方法,而不需任何电压源.此外,这种辅助电路与主电源变流器并联,保持了零电压转换特性.还分析了这种具有自换向辅助电路的零电压转换升压PWM方案,它的可行性与可靠性由实验数据证实,实验模型的额定功率为1kW,频率为100kHz.     

自换向辅助电路零电压转换PWM变流器(二)

介绍了一类新型的零电压转换(ZVT)的直-直PWM变流器,它使用了一个与辅助开关相连接的LC谐振电路,该电路被视为一个自换向辅助电路.它在较宽的负载范围为辅助开关实现零电流换向提供了一种简单可靠的方法,而不需任何电压源.此外,这种辅助电路与主电源变流器并联,保持了零电压转换特性.还分析了这种具有自换向辅助电路的零电压转换升压PWM方案,它的可行性与可靠性由实验数据证实,实验模型的额定功率为1kW,频率为100kHz.     

大功率有源滤波器的并联变流器电路

提出了有效应用并联变流器作为大功率负载时的无功补偿器以及有源滤波器(APF)新拓扑.由于单个器件功率容量有限,要将功率电路结构的谐波电流总畸变率保持在规定的标准内,并联是增加设备定额的一种选择.有文献报导把几个变流器而非开关并联在一起,在分担负载时更可靠.从这个角度来看,多电平变流器很重要,因为其典型功率电路结构能把单个器件的应力限制在适当的范围.另一方面,多电平变流器具有开关频率低和能有效利用开关器件的优点,这在大功率应用中非常关键.这些优点在与一个小功率、高频的电流控制的有源滤波器并联后得到了充分利用,消除了高次谐波.提出了一种由一个三点式中点箝位变流器和一个辅助电流控制电压型逆变器组成的新的并联拓扑结构及其控制技术,并在SABER仿真平台对线性与非线性负载进行了广泛的仿真研究.     

基于全碳化硅器件的辅助变流器设计及试验验证

辅助变流器是导轨电车上的重要电源设备,为全车提供380 V交流电和24 V直流电源。目前辅助变流器普遍采用基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率模块进行设计,其体积大、开关频率低、功率密度小,无法满足当前导轨电车辅助变流器小型化、轻量化的设计需求。采用新型SiC(碳化硅)MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)功率器件代替IGBT进行系统设计,以提高系统开关频率,优化设计外围无源器件,同时利用新型箝位电路抑制了高开关频率带来的尖峰电压。通过计算及试验,验证了基于SiC设计的新型导轨电车辅助变流器在体积和性能方面的优势,对SiC MOSFET器件的应用具有积极意义。     

HXD1C机车辅助变流器系统及特性分析

阐述了HXD1C机车辅助变流器系统及主电路逻辑控制过程,分析了主电路的等效阻抗、输入电感特性及中间直流环节特性,提出一种开关电压电流估算方法,并通过仿真对主电路电压电流波形进行分析,为进一步确保辅助变流器的正常稳定运行和辅助变流器的优化改善提供参考.     

交-直-交传动系统网侧变流器预测电流控制方法的计算机仿真及实现

简要介绍了四象限变流器工作原理，提出了一种新的预测电流控制方法，该控制方法不仅可以直接控制变流器的输入电流，而且能够保证开关器件的开关频率固定不变，控制算法易于实现。通过计算机仿真对这种控制方法进行了模拟，仿真结果说明了这种方法的可行性并表明该控制方法的动、静态特性良好。在仿真的基础上进行了系统试验，从仿真和试验的波形对比可以看出仿真结果的正确性，表明该控制方法满足了四象限变流器的设计要求，是一种比较理想的控制方法。     

串联谐振直流耦合变流器中大功率GTO辅助门极的正反向恢复

串联谐振直流耦合变流器是一种具有吸引力的电路结构.它使用了门极可关断晶闸管GTO作为半导体开关.传统模式要求电路附加串联二极管来完成关断过程,使GTO正向恢复.本文则采用单个GTO与特殊门极驱动来实现GTO的正反向恢复,并提出了一种新的试验电路,它具有与串联谐振直流耦合变流器相同的热应力和电应力.实验结果表明,在26 kHz开关频率下,2 000 A GTO的总功耗有所减少,而延迟时间只稍许增加.因此,这种新的单器件模式使得谐振开关在大功率应用中更具吸收力.     

高速动车组四象限双闭环控制参数设计与稳定性分析

动车组牵引四象限变流器输出直流电压存在二倍工频波动、四象限电流含有较多等效开关频率的纹波,对电压和电流检测时常采用硬件滤波电路或数字滤波器进行信号调理,但滤波参数设计不合理会导致控制系统不稳定。为提高400 km/h高速动车组四象限变流器控制稳定性,首先介绍四象限变流器"电压-电流"双闭环控制参数设计原则;其次重点分析电压、电流采样通道叠加滤波环节对闭环控制稳定性的影响,揭示双闭环系统稳定的条件;最后,基于400 km/h高速动车组的仿真结果验证了理论分析的正确性和有效性。     

具有宽电压调节范围的谐振型变流器

针对传统的变流器中输出电压一般总是低于交流输入电压的状况，提出了一种新型串联谐振直流环节变流器。该变流器在取消直流大电感，并为开关器件提供零电流开关条件的同时，还可以实现变流器输出电压在交流输入电压以上或以下的较宽范围内任意调节，而不受输入电压大小的限制。介绍了电路的工作原理，给出了升压及降压时两组有代表性的试验波形。     

大功率牵引传动装置的新型能量回吸收电路

吸收电路总损耗是牵引传动装置，尤其是大功率逆变器和ＰＷＭ变流器的主要设计依据之一。在大功率等级上，因设计和组装的要求，使得吸收电路过多的损耗成为系统设计人员要解决的一个主要难题，对于工作在直流７５０Ｖ或１．５ｋＶ下的ＧＴＯ装置，在常用的约５００Ｈｚ开关频率条件下，吸收电路的损耗通常不会达到极限状态。本文讨论的是直流电压为２．４￣２．８ｋＶ，容量约为２．５ＭＶＡ的大功率牵引传动装置中的新型能量回收吸     

DJF1型动力分散交流传动电动车组用牵引变流器

介绍了采用交－直－交传动的DJF1型（“中原之星”）电动车组IGBT牵引变流器的研制情况，对该变流器的性能特点、电路结构及主要部件作了简要说明，给出了主要的技术参数。     

基于二极管箝位级联拓扑变流器的直驱风电用变流技术

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口，多电平变流器的应用得到了广泛关注。二极管箝位五电平级联H桥拓扑，结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势，只需较少的箝位二极管和独立直流电源，即可进一步提高输出电压等级；使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路.可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法，能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制，可以进一步提高等效载波频率，减小器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

大功率变流技术与应用（三）——矩阵变流器

矩阵变流器是强迫换相的PWM交-交直接变流器，即是直接的、完全对称的多相输入-多相输出网络，由电力电子开关组成，没有笨重的电感器和电容器。其优点是，输入电流为正弦形的，且功率因数高，双向功率流，不产生亚谐波分量。这种变流器满足电机调速、节能和电能质量管理对变流器所期望的电性能。文章系统地描述了矩阵变流器的原理、换流、调制，并介绍减少了开关器件的稀疏和超稀疏矩阵变流器。     

内燃机车中间直流电压的选择与变流系统标准化设计

针对我国交流传动内燃机车电传动系统的设计要求，分析了中间直流电压对电传动系统的影响，探讨了中间直流电压的选择及变流系统标准化，系统化设计思想，提出了选择1500V和2600V作为中间直流电压设计标准的建议，在此基础上计算出各种机车功率范围的几种标准化牵引变流器的主要参数。     

日本300系电动车供电系统的改进

日本３００系电动车组有５辆动车，其主电路有用交－直－交系统。由于ＴＧＯ晶闸管开关产生高次谐波，对变流器和逆变器进行脉宽调制时，将３００系动车的５个主电路单元以π／２５等分的值作为载波起始相位分配，使各ＰＷＭ的载波上产生移相，输出电流原有频率消失，剩下２倍的高次谐波。经模拟控制、仿真试验和供电试验，都证明了具有降低高次谐波的效果。     

一种集成式辅助电源模式的介绍

在HXD1型机车上,采用集成式辅助电源模式,即将辅助逆变器集成于牵引变流器中,电源直接从牵引直流电路获得,再通过隔离变压器加滤波的形式为辅助电路供电。文章重点分析这种新型辅助供电系统的工作模式及特点。