电流型控制三电平交流变换器研究(3)
图1.2 三相输入到三相输出矩阵变换器电路结构示意图
1.3.2.3 高频交流环节AC/AC变换器
高频交流环节AC/AC变换器电路结构，如图1.3所示，由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成。高频交流环节AC/AC变换器实现了高频电气隔离，功率双向流动，具有网侧电流波形正弦度高、功率密度高，变换效率高、负载适应能力强等优点，但是没有应用多电平技术，无法实现开关管电压应力的降低。
图1.3 高频环节AC/AC变换器电路结构
1.4 多电平技术
多电平技术以其独特的优点受到广泛的关注和研究。首先，对于多电平变换器，每个功率器件承受的电压应力低，这就能够用低压器件来实现高压大功率输出；其次，多电平技术用更多的电平数去合成输出电压波形，可在输出滤波器前端获得很好的电压频谱结构，使波形畸变大大减小，改变了变换器的EMI特性；还使得功率开关关断时的dv/dt减小。因此，多电平变换器在高电压大功率的变频调速、有源电力滤波器、高压直流输电系统和电力系统无功补偿等方面有着广泛的应用前景。
1.4.1 三电平DC/DC变换技术
三电平直流DC/DC变换器的系列拓扑结构是根据二极管箝位型三电平逆变器的变换原理，提取出三电平开关单元的精髓思想，并将其应用到直流基本系列拓扑中，经过原理简化等方法最终完善而成的三电平直流变换拓扑族。
其基本思想大体如下：如图1.4所示，此三电平桥臂最初得来的是从两电平逆变器桥臂改进得到的，为了减小两电平逆变器桥臂单个功率管两端的电压应力为原来的一半，用两个相互串联的功率管代替原来单个功率管，但试验时由于上下控制不可能完全一样，故会产生电压不均等问题，甚至起不到分压作用，则引入二极管箝位，将功率管两端的电压强制箝位为输入电源的一半。所以三电平的基本单元可以提取出来，如图1.4（b）和1.4（c）所示。
由此根据三电平变换单元的提取思想对直流基本拓扑结构进行改进便可以得到一系列的三电平拓扑族。简单分为三步：第一步，将直流基本拓扑结构中的开关管用两个相互串联的功率管代替；第二步，寻找箝位电压源，即将电路结构中电势差最大的两点之间加入两个相互串联的电容，起分压作用；第三步，用二极管连接两相互串联电容和两相互串联功率管的中点，二极管方向根据电路工作电流方向决定。最后经过工作原理简化得到三电平直流变换器拓扑族[6]。
(a)二极管箝位型三电平逆变器桥臂（b）正向连接三电平功率单元（c）负向连接三电平功率单元
图1.4 TL开关单元
1.4.2高频隔离式两电平AC/AC变换器
高频环节AC/AC变换器电路结构由输入滤波器、输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器和输出滤波器依序级联构成，如图2.1所示。该电路能够将一种不稳定的劣质电流变换成另一种同频稳定或可调的优质正弦交流电，具有高频电气隔离、电路拓扑简单、两级功率变换（LFAC-HFAC-LFAC）、双向功率流、网侧功率因数得到了改善、负载适应能力强、输出容量大、成本低等优点。输入、输出周波变换器，均由数个能够承受双向电压应力和双向电流应力的四象限功率开关组成[7]。
图1.5 高频环节两电平AC/AC变换器电路结构
该电路拓扑族，包括单正激式、并联交错正激式、推挽全波式、推挽桥式、半桥全波式、半桥桥式、全桥全波式、全桥桥式电路。在本章中，着重研究了其半桥全波式电路，其电路结构如图2.2所示。
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