固态变压器DC-DC变换器的设计与实现
发布时间：2020-09-08 11:31
传统电力变压器以良好的稳定性和高效性在现代电力系统中得到了广泛应用,但传统电力变压器存在着体积大、质量重、损耗大的缺点,尤其是近年来,以柔性交流输电(FACTS)技术为代表的电力电子设备在电力系统中的成功应用,其在应对电能质量问题上的不足也逐渐凸显出来。因此,将电力电子技术应用于电力变压器领域,能够改进传统变压器存在的不足,目前成为了一个研究热点,此时,固态变压器的概念也应运而生。固态变压器(Solid State Transformer, SST),也称作电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)具备解决电力系统中出现的许多新问题潜力,具有广阔的应用前景,对其进行研究具有重要的理论价值和实际意义。固态变压器的DC-DC变换器在SST中具有功率传输、电压变换和电气隔离的功能,是影响其工作效率和装置体积重量的关键部分,对应用于SST的DC-DC变换器进行专门的研究是非常必要的。针对上述问题,本文对应用于SST的DC-DC变换器进行了深入研究,研制了一台实验室样机,经过了实验验证,变换器的各项性能指标达到了预期要求。本文主要研究内容如下：分析了SST和DC-DC变换器的组成结构和工作原理,介绍了DC-DC变换器在SST中的作用和意义,结合国内外SST的研究状况,阐述了SST研究的技术现状,提出了本文所设计的应用于SST中DC-DC变换器的各项技术指标,制定了详细的设计方案,确定了本文所设计DC-DC变换器总体方案。试验结果表明,方案设计合理,指标明确,能够实现预期的功能。设计了应用于SST中DC-DC变换器的硬件电路,主要包括主功率电路和控制电路,由全桥逆变器、高频变压器、全桥整流器、输出滤波电路、硬件保护电路、采样电路、调理电路和DSP核心板及其外围电路构成。建立了应用于SST中DC-DC变换器的小信号模型,采用了电压外环电流内环的双闭环控制策略,确定了控制系统所需要的PI参数。以TMS320F28335芯片为基础,编写了DC-DC变换器的软件程序,主要包括主程序、A/D采样子程序、中断处理子程序、移相脉冲发生程序、移相角计算闭环子程序以及对各种信号处理的子程序等,程序采用模块化编写方式,可读性好,可移植性强。设计开发了一台实验室样机,并进行了硬件电路和软件程序的整体调试。试验结果表明,实验室样机的硬件设计合理,电路结构简单,系统运行稳定,实现了DC-DC变换器在SST中电能传输、电压变换和电气隔离的功能。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
本文采用富频精密ＬＣＲ数字电桥（ＴＨ２８１７Ｃ）测量高频变压器的原副边绕组的交逡逑流电阻。随着工作频率的变化，交流电阻的计算值与实验值有较大的差别，高频变压器逡逑交流电阻与频率关系的实验值和计算值如图３－３所示。逡逑３０逡逑
０逦１００邋Ｉｋ邋ｌＯｋ邋１００ｋ逡逑频率／Ｈｚ逡逑图３－３绕组电阻与工作频率的关系逡逑Ｆｉｇ．３－３邋民ｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋Ｗｉｎ出ｎｇ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ａｎｄ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑根据图３－３，在频率低于ｌＯｋＨｚ时，交流电阻与直流电阻差别微小。随着频率增加，逡逑特别是在频率为ｌＯＯｋＨｚ时，交流电阻与直流电阻差别较大，而且交流电阻的计算值与逡逑实验值的也存在差别。根据高频变压器的一维模型ｗｓｉ，如果工作频率不断升高，变压器逡逑绕组内部的电磁场分布不均匀性加剧，导致交流电阻与直流电阻差别较大。因此，不能逡逑用直流电阻值代替交流电阻值，必须在工作频率和工作磁通密度下测量交流电阻。逡逑３）绕组n牍β仕鸷牡墓叵靛义嫌捎诟咂当溲蛊鞯墓β仕鸷氖谷谱槲露壬仙疚恼攵愿咂当溲蛊魅谱槲律牍β叔义纤鸷牡墓叵到惺笛椋涔叵等缤迹常此尽４油贾锌桑椎贸龈咂当溲蛊鞯娜谱槲律″义嫌冢常啊
本文编号：2814126
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TM46
【部分图文】：
本文采用富频精密ＬＣＲ数字电桥（ＴＨ２８１７Ｃ）测量高频变压器的原副边绕组的交逡逑流电阻。随着工作频率的变化，交流电阻的计算值与实验值有较大的差别，高频变压器逡逑交流电阻与频率关系的实验值和计算值如图３－３所示。逡逑３０逡逑
０逦１００邋Ｉｋ邋ｌＯｋ邋１００ｋ逡逑频率／Ｈｚ逡逑图３－３绕组电阻与工作频率的关系逡逑Ｆｉｇ．３－３邋民ｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋Ｗｉｎ出ｎｇ邋ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ邋ａｎｄ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ逡逑根据图３－３，在频率低于ｌＯｋＨｚ时，交流电阻与直流电阻差别微小。随着频率增加，逡逑特别是在频率为ｌＯＯｋＨｚ时，交流电阻与直流电阻差别较大，而且交流电阻的计算值与逡逑实验值的也存在差别。根据高频变压器的一维模型ｗｓｉ，如果工作频率不断升高，变压器逡逑绕组内部的电磁场分布不均匀性加剧，导致交流电阻与直流电阻差别较大。因此，不能逡逑用直流电阻值代替交流电阻值，必须在工作频率和工作磁通密度下测量交流电阻。逡逑３）绕组n牍β仕鸷牡墓叵靛义嫌捎诟咂当溲蛊鞯墓β仕鸷氖谷谱槲露壬仙疚恼攵愿咂当溲蛊魅谱槲律牍β叔义纤鸷牡墓叵到惺笛椋涔叵等缤迹常此尽４油贾锌桑椎贸龈咂当溲蛊鞯娜谱槲律″义嫌冢常啊
本文编号：2814126
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