三相四桥臂逆变电源设计文献综述

 2021-09-25 08:09

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文献综述

1.课题的背景与意义

我们的社会是环保与清洁能源开发的新世纪,在经济发展的同时也要考虑到能源开发与环境保护的协同作用。据统计,全球二氧化碳的排放量中,45%左右是电力工业生产排放出来,我国的排放比重更高。过多的煤炭消费给环境带来了较严重的污染,也使得我国面临较大的减排压力。用可再生能源替代化石能源,以信息技术彻底改造现有的能源利用体系,最大限度地开发可再生能源,是人类实现低碳经济的重要手段之一。同时随着电力电子技术的发展,电能的变换技术也越来越成熟。例如:交流调速技术的发展,使交流电机的调速性能可以与直流电机相媲美,不间断供电设备(UPS)的相关研究的发展,为银行、医院等用电关键部门提供了可靠的电能来源。因此,逆变技术将成为未来电能变换的重要手段,它不仅可以极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本、减少污染、而且也为世界环境做出贡献。三相四桥臂技术[1]在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具体应用。当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

三相逆变技术是逆变装置的关键技术,在实际情况中,系统的负载大多为不对称负载和非线性负载,三相逆变现在面临的关键技术在于解决三相逆变器输出电压的对称性(幅值对称和相位对称)及其带不平衡负载的能力。而传统的三相逆变器在不对称负载情况下无法输出对称电压,这时人们就提出了用三相四线输出

。如果采用在传统的三相桥式逆变器的基础上增加一个桥臂用来形成中点的三相四桥臂电路拓扑结构,这种三相四桥臂拓扑结构可以方便地实现具有调压功能的三相四线输出,并且具有较高的直流利用率,且控制方法可以比较容易地移植到现有的数字变换器平台上,有较好的发展前景。

2.课题的国内外研究现状的介绍以及应用

目前可检索到的最早的三相四桥臂逆变器应用见于1979年,用于由晶闸管构成的三相电流源逆变器的换流[2]。1992年Quinn.C.A.等学者提出将三相四桥臂变换器应用于APF处理零序谐波分量问题,同年BouRabee等学者提出了电流源三相四桥臂逆变器[3]。1993年,在[4]中第一次提到采用脉冲密度调制策略的电压源三相四桥臂逆变器,用于400Hz航空电源输出级,并且提出了逆变器输出滤波电感电容的设计方案。1994年,在[5]提出三相四桥臂逆变器用于永磁电机的驱动。1996年,在[6]中提出利用三相四桥臂逆变器消除共模噪声。1997年RichardZhang提出了三相四桥臂逆变器的三维空间矢量调制方案[7],推动了三相四桥臂逆变器的实用化研究。进入21世纪后,关于三相四桥臂逆变器的研究日益得到各国学者的重视,这加速了三相四桥臂逆变器在电力电子各个领域中的应用,除了上面提到的三相四桥臂逆变器和三相四桥臂APF之外,还包括三相四桥臂PWM整流器[8]、无功功率发生器[9]及改善电机运行可靠性[10]等。进入21世纪后,三相四桥臂逆变电源逐渐在科技领域得到了广泛关注和研究,同时在电力电子技术行业和电气行业等相关领域中也得到了充分的应用与蓬勃的发展。

我国的三相四桥臂逆变电源设计的研究工作,由于受各方面条件的制约,起步较晚,起点较低,但进展较快。传统的三相逆变器解决不了三相负载不对称而要输出对称的电压,因此,在原有的基础上加了第四桥臂的拓扑结构,在加了第四桥臂后,处理不平衡负载时有很多优越的性能但由于多了一个桥臂也使得控制变的比较复杂。我国一些研究学者先后提出了三相四桥逆变器的控制方法主要有对称分量法[11]、电流环滞环控制[12]、PWM控制和二维空间矢量控制[13]和三维空间矢量控制[14]等。

3.三相四桥臂逆变电源的设计课题应用前景

目前三相四桥臂逆变电源在电气工业领域有十分广阔的应用前景和重大的

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