π型AC/AC交流变换器及其变结构控制策略的研究

作     者：丁明昌 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张友军

授予年度：2011年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：AC/AC变换器 宽范围稳压 调压 π型 变结构控制策略 双载波调制 双输出基准 

摘      要：本文主要研究了一种新颖的π型AC/AC交流变换器的电路结构、工作原理及其变结构控制策略。该变换器由Buck交流单元和Boost交流单元组合而成,与级联式Buck-Boost型AC/AC交流变换器相比,省却了一个LC滤波器,采用双载波双输出基准变结构控制策略,使得变换器可工作于Buck、Boost和滤波三种模式,虽然采用两级占空比调制,但实际上最多只存在一级功率变换,变换效率高;根据理论分析和参数计算,研制了一台实验原理样机,进行了相关实验研究,给出了实验波形和数据。 本文首先介绍了单相Buck型和单相Boost型AC/AC交流变换器的电路拓扑,对二者的工作原理、开关模态进行了详细分析;根据输入电压和电感电流的极性不同,在一个输入电压基波周期内,两种变换器都存在四种不同工作阶段;对于每个阶段内的每一个开关周期,又分别有三种不同的开关模态:功率传输模态、续流模态和死区模态;基于理论分析,进行了仿真和实验验证,给出了相应的仿真波形及实验结果。 将单相Buck型AC/AC交流变换器和单相Boost型AC/AC交流变换器前后级联,得到单相级联式Buck-Boost型AC/AC交流变换器,对该变换器进行结构优化,省却一个LC滤波器,可得到一种新颖的单相π型AC/AC交流变换器的电路拓扑;针对单相π型AC/AC交流变换器的稳压应用场合,提出了双载波调制双输出基准变结构控制策略;分析了用可调输出基准来实现交流调压的基本原理;仿真结果及分析验证了控制策略的可行性。 以交流稳压应用为例,通过理论计算、软件仿真和实验调试确定了单相π型AC/AC交流变换器的关键设计参数,据此研制了一台原理实验样机,进行了交流稳压实验研究,给出了实验波形和相关效率数据。 在进一步的研究中,分别介绍了三相Buck型AC/AC交流变换器和三相Boost型AC/AC交流变换器的电路结构及工作原理,对比分析了单相电压反馈控制和三相反馈控制两种控制实现方法,分别进行了相关仿真和实验验证;在此基础上,将三相Buck型AC/AC交流变换器和三相Boost型AC/AC交流变换器前后级联,可得到级联式三相Buck-Boost型AC/AC交流变换器,对该变换器进行结构优化,每相省却一个LC滤波器,即得到三相π型AC/AC交流变换器的电路拓扑;分析了三相π型AC/AC交流变换器的工作原理,并进行了软件仿真研究。 理论分析、仿真与实验结果表明,π型AC/AC交流变换器及变结构控制策略正确可行,可用于宽范围稳压及调压场合,具有电路简单、控制容易、变换级数少、变换效率高等优点。