新颖的三电平交-交变换器.pdfVIP

中国电工技术学会电力电子学会第十一届学术年会 新颖的三电平交-交变换器 仲庆龙 唐栋材 杨开明 李磊 南京理工大学动力工程学院，南京 210094 Email ：liyuexingchen@ 摘 要： 近年来，随着电力电子技术的发展，AC-AC 变换技术的应用领域不断向高电压、大容量电能变换的方向拓展。 在高压电能变换领域中，现有器件的电压等级往往不能满足装置的需要，而且高压器件的价格也比较昂贵。多电平技术是解 决这一问题的有效方法，且多电平采用较多的电平数去逼近所希望的波形，从而可减小滤 器的体积和重量、提高输出波形 质量。本文提出了一种新颖的三电平交-交变换器拓扑，无中间直流环节，使变换器拓扑结构简单，在不同电平模态转换时 采用非互补控制策略，增强了变换器工作的可靠性，此变换器具有带不同负载的能力。设计了一台原理样机，用实验波形， 证明了分析的正确性。 关键词：新颖的 交-交 三电平 非互补控制 1.引言 输入滤 器、十个功率开关管 （分别用S -S IGBTs 1 10 交-交（AC-AC）变换技术广泛地应用于国防、工 表示）、储能电感L 、储能电容C 和输出滤 器组成。 1 1 矿企业、科研院所、大学实验室和日常生活中。传统 此变换器可将不稳定的高压、劣质交流电变换成稳定 [1] 的交流调压有变压器调压、交流晶闸管调压 、交流 且可调的同频、优质正弦交流电。 [1] 斩 调压 和带有整流逆变中间环节的变换调压等， 综述其特点，不是体积大，重量重，输出谐 畸变高， 开关管承受的电压大，就是带有中间环节使得电路拓 扑和控制策略复杂。 多电平变换器的思想最早是由Nabae 于80 年代初 提出的，在DC-AC 变换中以台阶式合成阶梯波输出逼 [2] 近正弦 的理论已经相当的成熟 ，国内外有很多相 关的论文和产品。目前国内外对多电平AC-AC 变换器 的研究相当少，而且仅仅局限于非隔离式、低频或中 图1 新颖的三电平交-交变换器拓扑 [3、4、5] 频隔离式交-直-交型多电平AC-AC 变换器 和Buck Fig.1 The topology of novel three-level AC-AC converter [6] 非隔离式交-交型三电平AC-AC 变换器 。交-直-交型 多电平AC-AC 变换器和Buck 非隔离式交-交型三电平 2.2 电路的工作原理 AC-AC 变换器虽然各具优点，但前者仍存在拓扑复杂、 此电路可以输出电源电压、电源和电容电压之和、 功率变换级数多、输入侧功率因数低、变换效率偏低、 零电压。电容在其中起着实现第三电平的功能，而它 功率密度低、控制复杂等缺点，后者存在只能实现降 的充放电的平衡是在带负载、供电电感的充电两种模 压变换、宜采取互补式控制等缺陷。本文提出一种新 式的交替工作中实现的。下面分析电路的三种工作模 颖的三电平交-交变换器拓扑，文中详细地分析了拓扑 式。 结构的组成、电路的工作原理、以及所采用的非互补 工作模式1：开关S 、S （或S 、S ）同