杜新亚2012_毕业设计中期报告.doc

河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告 河北工业大学城市学院本科毕业设计（论文）中期报告 毕业设计（论文）题目：电力电子变压器的设计与分析 专业：电气工程与自动化专业 学生信息：学号 087056、 姓名 杜新亚、 班级C087 指导教师信息： 教师号 96023 姓 名 曹淑瑛 职 称 副教授 报告提交日期：2010-5-13 中期报告内容要求：（①毕业设计中期报告要求提交阶段设计成果或实验结果；②毕业论文中期报告要求提交实地（现场）调查研究报告。） 篇幅要求：根据专业要求由系主任规定，但不可低于2000字 编辑和打印格式：WORD文本，正文页眉 “河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告”，正文五号宋体。A4纸单面打印。 电力电子变压器的设计与分析 1 电力电子变压器概述 电子电力变压器（简称EPT）是采用电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的一种新型变压器。阐述了EPT的基本理论并对一种新的EPT实现方案进行了稳态特性仿真，以及4种情况下的动态特性仿真，结果表明可以保证原副方良好的电压、电流波形，具备良好的控制特性，并且具有电能质量调节器的功能，可以作为一种新型的电能质量调节装置。电力电子变压器主要由初、次级功率变换器以及联系二者之间的高频变压器组成。从电力电子变压器的输入输出特性看, 相当于交/交变换。其基本工作原理为输入的工频电压经过原边变换器调制为高频交流电压, 通过高频变压器耦合至副边, 再通过副边的功率变换器将其转换为所要求的电压。可以通过增加变压器的工作频率来减小其体积。利用现代电力电子技术和适当的控制方案, 将工频交流电调制为高频交流电, 然后经过高频变压器进行隔离和电压变换, 再把高频交流电变为工频交流电, 从而实现变压器的小型化和轻型化。 电力电子变压器的几种电路类型： 1. 斩控式电力电子变压器 美国电科院于 1995 年制出第一台电力电子变压器实验样机, 其主电路拓扑如下图1, 该电力电子变压器采用 Buck 型主电路结构。 该电路结构简单, 容易实现电压调节。但这种电路也有很多缺点: 电路包含串联器件, 难以控制; 没有实现变频; 没有电气隔离; 不能抑制输入的电流谐波和调整功率因数。因此, Buck 型电力电子变压器不能真正用于输配电系统。 图1 Buck结构 2. 交- 交- 交变换电力电子变压器 1999 年美国德州大学 M.Kang 等人提出交—交—交电力电子变压器, 如图 2- 2 所示。该电路由初级、次级两个功率变换电路和高频变压器构成, 在两级功率变换电路中, 每个桥臂由上、下两个背对背的功率器件连接, 这种连接方式可以实现电能双向流动。 这种电路的优点有: 变压器的传送容量及效率较 Buck 型电路有所提高; 变压器的体积和重量明显减小; 其原理也较简单。但该电路包含的器件较多,结构复杂, 而且控制时还必须保证原、副边同步。 图2交—交—交结构 3. 反激式电力电子变压器 图 2- 3 为采用反激型变换器的电力电子变压器。该结构避免过多的中间阶段, 使结构简化, 从图中也可看出, 整个装置的开关器件只有 6 个, 大大少于前面两种结构。 这种电路的显著优点是: 它所需要的开关器件较少；电源侧的电感和电容组成 LC 滤波电路, 可以在一定程度上解决电能质量问题。但是, 由于反激式变换电路主开关电压应力较大, 难以应用于输入电压较高的场合; 另外, 反激变换电路的变压器要加气隙, 所以漏感较大, 会在变压器上产生很高的尖峰电压, 从而进一步增加变压器上的电压应力, 并使电磁干扰较为严重。 图3反激式结构 图2为单相交-交-交变换型电力电子变压器主电路的拓扑结构,它由原、副边交-交变换器,以及联系两者之间的高频变压器和输出滤波器组成。每边的功率变换器由8个,各有两个IGBT 和二极管相对连接的双向开关组成,可以使电流双向流动。交-交-交变换结构电力电子变压器的工作过程为:首先,输人的工频交流电压经过原边变换器调制为高频，，,,,,,,运行在开关状态实现的,其中，，,同时导通和关断, ,,,,同时导通和关断,两组之间的控制信号是占空比为50%的互补导通的高频脉冲信号;其次,高频变压器原边高频调制电压耦合至副边;然后,经过与原边结构完全相同的副边功率变换器反调制,输出高频电压,再经输出滤波器滤波将其转换为所要求的电压。 电力电子变压器是输配电系统最基本的组成设备,其突出特点在于通过电压源变换器对其交流侧电压幅值和相位的实时控制,可实现变压器原副方电压、电流和功率的灵活调节。与常规的铁心式变压器相比,PET的优点为：①体积小,重量轻,无环境污染；②运行时可保持副方输出电压幅值恒定,不随负载变化,且平滑可调；③可保证原方电压电流和副方电压为正弦波形,且原、副方