有源箝位軟開關變壓器型Z-源逆變器的研究.pdf

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

2、-Source Inverter)及衍生拓撲的提出，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)達到升降壓功能的拓撲結構，保證了了電路工作的安全性，有著廣闊的應用前景。
　　本文在對變壓器型Z-源逆變器(Trans-Z-Source Inverter(TZSI))研究的基礎上，提出了一種具有軟開關功能的新型單級逆變拓撲——有源箝位軟開關變壓器型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)絡拓撲的基礎上加以改進，具有可靠性好、升壓范圍大、工作效率高等優(yōu)點。
　　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通，利用直通模式使電路中儲能元件完成能量的儲存，實現(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，通過加入獨特的有源箝位結構，實現(xiàn)了電路中有源器件的軟開關功能，降低了損耗與EMI的影響;通過輔助開關與箝位電容的作用，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現(xiàn)機理，詳細推導了電路中各部分的能量關系，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)化設計提供依據(jù);在此基礎上建立了SSTZSI前級升壓電路的小信號模型，設計了相應的閉環(huán)控制系統(tǒng)，對直流鏈電壓、三相交流輸出電壓進行穩(wěn)定控制;使用Saber仿真軟件對電路性能及相關理論分析進行仿真驗證，并在實驗室搭建1k