串联型开关电感Z源逆变器研究

发布时间：2020-05-08 10:42

【摘要】：近年来,随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张,以及人们对环境保护越来越重视,新能源的开发和利用也越来越受到人们的广泛关注。由于新能源发电直接输出的电能是非稳定的直流电,因此逆变器在新能源变换中的地位日益重要。目前市场上的逆变器绝大多数是降压型,为了防止逆变桥同桥臂功率开关管同时导通,需要加入死区时间,会导致输出波形质量严重下降,于是Z源逆变器应运而生,它在电能转换的过程中具有较大的优势,但是也存在一些问题,严重限制了其应用和发展。为了克服Z源逆变器的缺陷,本文主要从Z源逆变器的拓扑结构和控制策略两个方面展开深入的研究。首先,研究了已有的三种Z源拓扑结构和工作原理并进行了工作特性对比。其次,为了综合三种Z源逆变器的优点,提出了一种串联型开关电感Z源逆变器拓扑,分析了其电路结构和工作原理,并与前述三种Z源逆变器拓扑展开了对比。最后,研究了基于SPWM和SVPWM下的控制策略及其DSP实现方法,并分析了不同直通注入方法对逆变桥功率器件开关次数与损耗的影响。本论文给出了程序的实现方法以及主电路、滤波电路、控制电路、驱动电路、采样与保护电路和辅助电源的设计方案,完成了系统的软硬件设计工作。最后搭建仿真模型和实验平台,对其工作特性进行仿真和实验验证。仿真和实验结果验证了所提出的串联型开关电感Z源逆变器具有升压能力强,电容电压应力小,可软启动等优点。
【图文】：

逆变电路,逆变器

１．２传统逆变器逡逑目前市面上常用的逆变装置是电压型逆变器，，本文中的传统逆变器特指的逡逑是三相电压源型逆变器。图１．１所示是传统逆变器电路结构，输入端只能够允许逡逑接直流稳压源或并联足够大的电容，为了保证直流侧的电压几乎没有波动；逆逡逑变桥的所有桥臂都要并联反馈二极管，这为输出端的无功能量向输入端反馈提逡逑供了流通路径［１３－１４］。逡逑正弦脉冲调制控制（ＳＰＷＭ）时输出端的相电压峰值为：逡逑Ｖ０＝！逦（１．１）逡逑°邋２逡逑Ｓｌ邋／邋Ｓｓ邋／邋Ｓｓ邋／逦Ｈ［＾逡逑Ｏ邋Ｋ逦＝＝邋Ｃ逦ｂ逦￣逦ｌ逡逑０逦Ｃ邋负载逡逑＾４邋Ｉ邋５６邋Ｉ邋５２邋Ｉ逡逑图１．１传统逆变电路逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑式中：Ｆ／是直流电压，Ｍ是逆变器的调制系数，在常用的空间矢量ＰＷＭ逡逑控制方式下，Ｍ的最大取值范围为０＜Ｍ＜１．１５，逆变器具有可以调节输出交流电逡逑压、去掉低频谐波的干扰等特点１１５－１７］。逡逑尽管传统逆变器的应用非常普及，但是因为其存在固有结构的原因，导致逡逑以下方面的缺陷逡逑（１）

等效电路图,等效电路,逆变桥,功率管

在２００２年首次提出了邋Ｚ源网络概念，它是由两个电感和两个电容巧妙地交叉组逡逑成“Ｘ”型结构网络，将Ｚ源网络耦合在传统逆变器中，即Ｚ源逆变器（Ｚ－Ｓｏｕｒｃｅ逡逑Ｉｎｖｅｒｔｅｒ，简称ＺＳＩ）逦拓扑结构如图１．２所示。与传统逆变器相比，它是由逡逑ＤＣ－ＤＣ升压装置与逆变桥巧妙耦合而成。逡逑一逦————逡逑Ｅ、ｆ邋Ｓ”邋Ｓ邋”逡逑ｉｌｒ逡逑－＊—＊—逡逑图１．２邋ＺＳＩ的拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＺＳＩ逡逑在分析工作状态时可将逆变桥和负载整体看作一个受控电压源，如图１．３逡逑所示。逡逑逦１＞１￣ｋ＾逦逡逑／邋＋逡逑Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邋Ｘ逡逑ｆ为。逡逑图１．３邋ＺＳ［等效电路逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｏｆ邋ＺＳＩ逡逑三相ＺＳＩ比传统逆变器多１个直通零矢量状态，共有９个功率开关管可工逡逑作的状态。当逆变桥上面三个功率管或下面三个功率管同时导通，造成负载短逡逑路，此时三相逆变桥有２个电压零矢量；当逆变桥同臂的功率管同时导通时，逡逑同样造成逆变桥和负载短路，这种工作状态被称作直通苓矢Ｍ状态＠１。以逆变逡逑桥同臂功率管是否同时导通为依据，从直流侧看可等效两种状态电路，直通和逡逑３逡逑
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM464

【相似文献】