【摘要】：在傳統(tǒng)能源日益匱乏和環(huán)境危機日益突顯的雙重背景下,開關(guān)電源的快速發(fā)展為新能源技術(shù)的應(yīng)用及推廣提供了有力的支持。如今,隨著人們環(huán)保意識的逐步提高,再加上有關(guān)政策在電動汽車、分布式電源等領(lǐng)域中積極推行,直流電源在工業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活中扮演著不可或缺的角色。而DC-DC變流器作為直流電源和負載之間的銜接點,成為本領(lǐng)域長盛不衰的研究熱點。因此,研究一種電路結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異、經(jīng)濟性好的DC-DC變流器具有重要的理論意義和較大的實用價值。目前,DC-DC變流器主要存在升壓因子較小,電容器電壓應(yīng)力較高、電壓調(diào)節(jié)范圍有限等缺陷。當前新型的準Z源DC-DC變流器可以克服以上問題,表現(xiàn)出良好的工作性能。本文以準Z源DC-DC變流器為基礎(chǔ),將重點放在主電路的拓撲研究上,從輸出端口和阻抗源網(wǎng)絡(luò)兩個方面進行改進,分別提出準Z源DC-DC雙輸出變流器和改進型準Z源DC-DC變流器。該兩種變流器均保留了準Z源網(wǎng)絡(luò),繼承了準Z源變流器的所有優(yōu)點,滿足當下對電源小型化、輸出多元化的需求。參照準Z源變流器分析方法,分析、研究新拓撲結(jié)構(gòu)的工作原理、控制方法、工作性能。列寫出不同狀態(tài)下的等效電路圖對應(yīng)的表達式,并推導(dǎo)出升壓因子、電容器電壓和開關(guān)器件兩端電壓。以雙輸出變流器為例,對準Z源網(wǎng)絡(luò)采用狀態(tài)平均法和擾動法完成小信號建模,分析網(wǎng)絡(luò)器件參數(shù)對其靜態(tài)性能和動態(tài)性能的影響,可為選取合適的器件參數(shù)提供參考,實現(xiàn)雙輸出功能。以改進型變流器為例,分別從升壓能力、電容器電壓應(yīng)力、電感紋波電流、開關(guān)電壓應(yīng)力四個性能方面,與傳統(tǒng)Z源變流器及準Z源變流器進行對比。使用Matlab軟件直觀地表現(xiàn)出三個拓撲之間的差異,驗證改進型變流器具有顯著優(yōu)勢。然后,通過在改進型變流器上串聯(lián)單元模塊的方式,探索研究了延展型準Z源變流器,得出單元模塊不能無限增加以及適宜增加數(shù)量的結(jié)論。最后,分別對兩個變流器完成了實驗樣機的搭建,測試樣機在不同導(dǎo)通占空比下的實驗數(shù)據(jù),并與理論值進行比較。在誤差允許的范圍內(nèi),證明了兩個變流器的可行性以及理論分析、推導(dǎo)公式的正確性。
【學位授予單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM46
【圖文】：

出的直流電，經(jīng)過ＤＣ－ＤＣ變流器完成電壓等級的轉(zhuǎn)變，再次得到的直流電可與逡逑輔助蓄電池設(shè)備搭配儲存電能，或經(jīng)ＤＣ－ＡＣ逆變器輸出交流電，流向交流負載逡逑或并入公共電網(wǎng)［｜（）】，如圖１．２所示。逡逑－＾ｆｒ－ｌ邐丨邋——邋Ｍ逡逑太陽能電池邐」＿升壓ＤＣ－ＤＣ邐ＤＣ－ＡＣ邋負荷或逡逑或燃料電池邐一ｆ邐變流器邐一｜一邐變流器邋電網(wǎng)逡逑輔助電池逡逑設(shè)備逡逑圖１．２典型太陽能或燃料電池升壓供電圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｓｏｌａｒ邋ｏｒ邋ｆｕｅｌ邋ｃｅｌｌ邋ｂｏｏｓｔ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｕｐｐｌｙ邋ｄｉａｇｒａｍ逡逑由上圖得出，單個變流器升壓因子較小致使輸出電壓調(diào)節(jié)范圍有限。為了逡逑滿足電壓等級提升，就必須考慮引入額外電路的方法，同時由于死區(qū)時間的存逡逑在，使得電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜化，便會大大降低其工作效率［１１］�；蛘咄ㄟ^級聯(lián)變逡逑流器的方式來提高電壓等級，但電源會因該類變流器級聯(lián)模塊的增多而降低其逡逑可靠性Ｉ１２】。顯然，輸出電壓偏低己成為制約新能源發(fā)展的重要因素，ＤＣ－ＤＣ變逡逑流器作為直流電源與負載之間重要銜接點，成為本領(lǐng)域長盛不衰的研宄熱點。逡逑研宄一種電路結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異、經(jīng)濟性好的ＤＣ－ＤＣ變流器具有重要的理論逡逑意義和較大的實用價值。逡逑１．２開關(guān)電源概述逡逑隨著現(xiàn)代科學技術(shù)不斷完善和國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，電力電子技術(shù)迎來了蓬逡逑勃發(fā)展的新時代。各類電力半導(dǎo)體器件的成功研制與投入應(yīng)用

圖１．３四種直接型變流器逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｆｏｕｒ邋ｄｉｒｅｃｔ邋ｔｙｐｅ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ逡逑如圖１．３邋（ａ）所ｔｋ，降壓式變流器（ＢｕｃｋＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）是一種非隔離電路，逡逑它的輸出端與輸入端電壓的比值為導(dǎo)通占空比Ｄ，￡＞邋一般取值小于１，即實現(xiàn)降逡逑壓功能；而如圖１．３邋（ｂ）升壓式變流器（ＢｏｏｓｔＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）同樣也是一種非隔離逡逑電路，它的輸出端與輸入端電壓的比值為１／Ｚ），即實現(xiàn)升壓功能。但占空比Ｄ逡逑不能無限小，升壓能力有限［１７］。如需更高增益的輸出電壓，就需要多串聯(lián)一級逡逑電路，開關(guān)電源轉(zhuǎn)換效率將大大降低。Ｂｏｏｓｔ變流器電路中的器件和Ｂｕｃｋ變流逡逑器一樣，功能都比較單一，區(qū)分它們的方法僅僅在于兩者對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)不同。逡逑如圖１．３邋（ｃ）升降壓式變流器（Ｂｕｃｋ－ＢｏｏｓｔＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）在全控型開關(guān)Ｓ處于通逡逑４逡逑

斷狀態(tài)存在兩種等效電路，根據(jù)能量守恒定律求得輸出端與輸入端電壓的比值逡逑為Ｄ／（ｌ－Ｄ）。通過改變占空比Ｄ，輸出端電壓既可以比輸入端電壓高也可以低，逡逑即實現(xiàn)升降壓功能。如圖１．３邋（ｄ）庫克式變流器（Ｃｕｋ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）與升降壓變逡逑流器原理類似【１８－１９］，不再詳細介紹。４種傳統(tǒng)ＤＣ－ＤＣ變流器的工作性能優(yōu)缺點逡逑對比，在表１．２中詳細列出。逡逑表１．２直接型變流器對比逡逑Ｔａｂ．邋１．２邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｃｈｏｐｐｅｒ邋ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ逡逑電路類型邋升壓因子邐優(yōu)點邐缺點逡逑只能實現(xiàn)降壓變換，功能逡逑結(jié)構(gòu)簡單，容易控制，成單一；輸入電流不連續(xù)：逡逑本低；電路器件應(yīng)力小。輸出電流紋波較大，需要逡逑較大的濾波器消除紋波。逡逑．．＾邋．邐１邐結(jié)構(gòu)簡單，容易控制，成逡逑升壓式邐，邐只能實現(xiàn)升壓變換。逡逑１－Ｄ邐本低；電路器件應(yīng)力小。逡逑電路器件電壓應(yīng)力較高；逡逑ｆｉｉ＆ｒｒ—邐Ｄ邐－ｒ＾ｉｎｉＬｉｒ＾ｒｒ邐輸入電流不能連續(xù)；輸出逡逑升降壓式邐可實現(xiàn)升降壓。邐士江口＃邋口＆ｍ逡逑＼－Ｄ邐與輸入電壓反相

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李瓊慧;王彩霞;;新能源發(fā)展關(guān)鍵問題研究[J];中國電力;2015年01期

2 謝江華;張方華;王旭東;;三電感雙Buck逆變器[J];中國電機工程學報;2014年21期

3 周國華;許建平;;開關(guān)變換器調(diào)制與控制技術(shù)綜述[J];中國電機工程學報;2014年06期

4 秦嶺;謝少軍;楊晨;許津銘;王挺;;太陽能電池的動態(tài)模型和動態(tài)特性[J];中國電機工程學報;2013年07期

5 趙彪;于慶廣;王立雯;;Z源雙向DC-DC變換器及其移相直通控制策略[J];中國電機工程學報;2011年09期

6 李杰;葛寶明;鄭立紋;;Quasi-Z源逆變器的建模分析與控制[J];電氣傳動;2010年04期

7 田國勝;田艷兵;丁新平;張民;;Z源逆變器光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型及電路參數(shù)設(shè)計[J];電力電子技術(shù);2009年04期

8 李杰;王得利;陳國呈;宋丹;馬yN煒;;直驅(qū)式風力發(fā)電系統(tǒng)的三相Z源并網(wǎng)逆變器建模與控制[J];電工技術(shù)學報;2009年02期

9 丁新平;錢照明;崔彬;彭方正;;Z源逆變器交流調(diào)速系統(tǒng)前饋控制策略研究[J];電力電子技術(shù);2007年12期

10 崔彬;錢照明;丁新平;彭方正;;Z源逆變器的電壓電流雙閉環(huán)控制[J];電力電子技術(shù);2007年09期

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1 房緒鵬;Z源逆變器研究[D];浙江大學;2005年

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1 徐飛;單相電壓型級聯(lián)準Z源AC/AC變換器研究[D];山東科技大學;2017年

2 張立帥;Z源逆變器小信號模型的參數(shù)優(yōu)化與并網(wǎng)控制研究[D];重慶大學;2014年

3 劉勝杰;準Z-源拓撲DC-DC的研究[D];青島理工大學;2012年

4 郭俊鋒;電壓控制型Boost變換器系統(tǒng)的分析與設(shè)計[D];西安科技大學;2010年

5 喬歆慧;高頻阻抗源型AC/AC變流器的研究[D];上海交通大學;2010年

6 高奇;Z源逆變器的主電路研究[D];浙江大學;2005年

本文編號：2770694