基于12脉波整流系统的自耦变压器升压模型研究

作     者：王佳荣 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈小强

授予年度：2019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：12脉波整流系统 自耦变压器 升压移相角 升压拓扑 仿真分析 

摘      要：近年来,为了抑制电网谐波,可在电力系统中装设各种有源、无源以及混合型电力滤波器。改造电力电子装置使其不产生或尽量少地产生谐波亦可有效减少谐波的方法有PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)整流和多脉波整流两种。其中,PWM整流随着功率等级的提升,开关损耗,故障率问题突出,一般用于中小功率场合。而多脉波整流由于其可靠性高,成本低,效率高,控制简单,已成为近年来大功率整流系统方面的研究热点。多脉波整流器通过移相多重联结多个全桥或半桥整流电路对同一直流侧负载供电,使某一整流电路产生的谐波可以被其他整流电路产生的谐波所抵消,有隔离变压器和AT(Auto-connected Transformer,自耦变压器)两种。自耦变压器原边与副边绕组之间不仅有磁路上的耦合也有电路上的耦合,故较隔离变压器能显著减小系统体积,重量,成本以及损耗。因此,在不需要电磁隔离的场合自耦变压器成为首选。多脉波整流中自耦变压器将网侧输出侧电压转换为直流侧多脉波输入电压。12脉波整流系统较其他整流系统电路简单且能满足大多数用电设备需要。故在多脉波整流系统中,12脉波整流有着广泛地应用。为满足逆变器并网或供电及一些整流负载对电压的要求,本文基于12脉波整流系统,推导了多边形自耦变压器及之字形自耦变压器移相角与电网交流侧电流谐波系数、直流侧负载电压纹波系数、系统磁性器件等效容量之间的关系。在保证交流侧电流谐波含量及直流侧负载电压纹波系数最小的同时,比较了在不同移相角时系统磁性器件等效容量。当多边形自耦变压器和之字形自耦变压器均采用新型移相角时,电网侧谐波含量和负载电压纹波系数均是最小,系统直流侧磁性器件等效容量与采用传统移相角相同。相比变压器采用传统移相角时容量略有升高,但是可以应用于升压场合,提升了系统的应用范围。通过仿真验证了理论分析的正确性。为了解决升压范围较小的问题,需在原有自耦变压器拓扑基础上设计新型升压拓扑结构。针对之字形自耦变压器及星形自耦变压器,分析设计了各变压器升压拓扑。为了使系统电网输入电流谐波含量和负载测电压纹波系数最小,本文设计拓扑时采用30°的移相角。在此基础上,理论推导了变压比与自耦变压器及其他磁性器件等效容量之间的关系。在综合考量不同条件下变压器线圈匝数及变压器容量后,得出了在相同升压比时星形自耦变压器和之字形自耦变压器各自最优升压拓扑。且相对于传统的变压模型,本文提出的升压拓扑不会产生非特征谐波。通过仿真验证了理论分析的正确性。