单相-三相转换器发展与比较(有图有表).docVIP

关于单相-三相转换器的 必威体育精装版技术报告 摘要： 在转换器结构与控制策略于科技著作中已经被广泛确立的今天，运用电力电子器件的单相-三相转换器已然成为一种广为人知的技术。这些年来，关于其结构的设想被明显的分为两个主要方向：1）器件数量减少的结构；2）组件数量增加的结构。进行减少组件数量的拓扑结构方面的研究是多年来的趋势，从某些方面看这是因为相比应用在直流环节总线上的电容元件，电力开关器件的成本过高，故而转换器的支路有时会使用中心电容来替代。然而，随着半导体器件价格的不断减低，这种趋势也发生了变化，特别在追求高可靠性、高效率、低失真的情况下，增加元件数量的结构已经成为一种令人感兴趣的选择。本篇文章不仅对两种结构进行了全面的回顾，而且包含了单相交流-三相交流直接转换器以及旨在降低直流环节电压波动的转换器的结构。本文的目的在于向对单相-三相功率转换技术有兴趣的专家学者们提供完整的必威体育精装版技术现状。 关键词： 功率调节、电力电子转换器件、脉冲宽度调制转换器件 导言 电能传输领域中，单相电网传输方案由于其成本远低于三相方案的特点一直被当做对偏远地区供电的的替代方案，而在像巴西这样需要电网覆盖广阔范围的大国里，单相电网的运用相当普遍。另一方面，连接在三相电源中的负载表现出许多单相负载所没有的优点，当负载为电动机时，这些优点表现的尤为明显，比如：稳定的转矩、稳定的功率、较小的尺寸等。因此，单相-三相转换系统有着巨大的市场需求。 从应用方面来看，每当提及单相-三相转换器，首先想到的就是三相电机拖动系统。但是，作者认为，在农村地区的应用中给三相异步电动机供电不再是单相-三相转换器的主要功能。因为随着农业科技的发展，一些局部负载（比如：电力电子转换器、电脑、通讯工具等）对电源质量的要求有所提高，既：正弦性、对称性、三相电压平衡性。 过去，单相-三相转换系统通过连接配备自耦变压器的无源器件来实现，这类系统有着众所周知的缺点与限制。那时，运用半导体功率二极管和闸流元件的电力电子器件才刚刚出现。在某些著作中，这些使用气体导管和玻璃泡的所谓电力电子器件被称作工业电子器件，而运用可控硅整流元件的电力电子器件于二十世纪六十年代初才开始出现在市场上。 从固态电力电子器件出现起，半导体器件就是用来拖动电力处理器的主要技术手段。在了解之前应用在可控整流器上的半导体装置的基础上将其与新的技术做比较，我们能够成功的认识到其中令人惊讶的技术发展。除了有关电力开关的改进，在回路拓扑领域，如：三相-三相、单相-单相、三相-单相转换领域的创新活动也十分活跃。 单相-三相功率转换器被分成两个主要方向：1）组件数量减少的构造；2）组件数量增加的构造。由于电力开关器件成本过高第一个方向（减少组件数量的拓扑结构）是多年来的趋势，故而转换器的支路有时会使用中心电容来替代。然而，随着半导体器件价格的不断减低，这种趋势也发生了变化，特别在追求高可靠性、高效率、低失真的情况下，增加组件数量的结构已经成为一种令人感兴趣的选择。本篇文章不仅对两种结构进行了全面的回顾，而且包含了单相ac-三相ac直接转换器（无直流环节电容）以及旨在降低直流环节电压波动的转换器的结构。 本文的目的只在于向对单相-三相功率转换拓扑学有兴趣的专家学者们提供完整的必威体育精装版技术现状。 如图（1），传统结构基本上被分为两大类。值得一提的是，为了方便比较，本文中对每种结构做了新的标识，比如：图（1.a）被标识为C1，图（1.b）被标识为C2，以此类推。 图（1）传统单相-三相转换器结构(C1、C2) 由于其输入输出转换段的所有变量都可控，C2结构成为了单相-三相电力转换器的一种更令人感兴趣的实现方案。而如图（2）所示，C1结构是一种更为廉价的解决方案，但是它的输入电流和直流环节电压完全不可控。图（2.a）和（2.b）分别展示了C1和C2结构的转换结果。值得一提的是，这两种结构都被当做新结构的参考，既：新的拓扑学研究旨在控制输出波形更接近结构C1而远离结构C2。 图（2）传统单相-三相转换器实验测试结果 图（3）描述了一种能实现C2控制无偏性的可行的控制策略的应用。图中标有“*”的变量为引用变量。同时，由图可知其包含三个控制单元和一个同步单元。当控制系统较为复杂时，这种控制策略可以表现出一些优势。 图（3）C2结构的控制框图 本文中提到的开关中能量的无规则分布是单相-三相电力转换器中的另一个需要特别注意的特点，如图（4），单相-三相转换器总损耗的63%出现在整流环节中，而剩下的37%出现在逆变环节中。由这些数据我们可以推测出开关所受的应力，既：每个整流开关承受转换器总损耗的15.7%，而每个逆变开关承担6.1%。开关应力为衡量电力转换失败概率提供了重要的参数，除了第三部分中将会讲到的并