基于準(zhǔn)Z源DC-DC變流器的拓?fù)溲芯?/H1>
發(fā)布時間：2020-07-26 11:18
【摘要】：在傳統(tǒng)能源日益匱乏和環(huán)境危機(jī)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(fù)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(jì)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(dāng)前新型的準(zhǔn)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(zhǔn)Z源DC-DC變流器為基礎(chǔ),將重點放在主電路的拓?fù)溲芯可?從輸出端口和阻抗源網(wǎng)絡(luò)兩個方面進(jìn)行改進(jìn),分別提出準(zhǔn)Z源DC-DC雙輸出變流器和改進(jìn)型準(zhǔn)Z源DC-DC變流器。該兩種變流器均保留了準(zhǔn)Z源網(wǎng)絡(luò),繼承了準(zhǔn)Z源變流器的所有優(yōu)點,滿足當(dāng)下對電源小型化、輸出多元化的需求。參照準(zhǔn)Z源變流器分析方法,分析、研究新拓?fù)浣Y(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(dá)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(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)Z源變流器進(jìn)行對比。使用Matlab軟件直觀地表現(xiàn)出三個拓?fù)渲g的差異,驗證改進(jìn)型變流器具有顯著優(yōu)勢。然后,通過在改進(jìn)型變流器上串聯(lián)單元模塊的方式,探索研究了延展型準(zhǔn)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(jī)的搭建,測試樣機(jī)在不同導(dǎo)通占空比下的實驗數(shù)據(jù),并與理論值進(jìn)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(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(fù)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(fù)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(fù)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(jì)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(xué)技術(shù)不斷完善和國民經(jīng)濟(jì)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(xì)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(xì)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(xiàn)】
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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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本文編號：2770694
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/dianlilw/2770694.html
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
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本文編號：2770694
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