Z源交流变换器的分析与仿真(2)
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
随着电力电子技术的快速发展，面对日新月异的电子器件，相应的控制策略也在不断完善中，为解决电力系统有关问题提供了有效的解决方案。目前在电能变换的领域内，被广泛运用的交流装置有逆变器、整流器和交流调压器三大类。有一种设备能将直流电压逆变成交流电压，这种设备就是逆变器，与整流是一个相反的过程。它主要由主电路部分、控制部分和滤波结构构成，有的还有检测和监测电路。目前广泛应用于变频空调、电动工具、不间断电源、太阳能电池板、感应加热电源、录像机、风扇、照明电路等；整流器是电力电子中最早出现的产物，就是一种将交流转化为直流的装置。它有两个主要功能：第一，把交流电压整成直流电压，再清除谐波，输送给负载使用；第二，给直流电源充当充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。目前整流技术在高功率因数整流器[2]、统一潮流控制器[1]、可再生能源并网发电等领域都占有一席之地。交流调压器，顾名思义，就是对交流电进行变换的设备。目前广泛运用于异步电动机软启动及调速、航空电源调压、恒压恒流功率控制等领域。
AC/AC交流变换器是基于电力电子技术的变换器，它能实现的功能主要就是交流电压幅值和频率的变换，具体分为两大块：交流电压调压器，以及变频器。AC/AC变换技术的种类也比较多，分类的依据可以是输出与输入电压的电平、组成功率电路的元器件，又可以是输出交流电压的波形、功率开关的工作方式等。到目前为止，人们已经研究出多种结构来实现交流电的变换，这些结构主要有级联式AC/DC/AC变换型、采用高频交流环节的直接型以及矩阵AC/AC变换型等。实用生产中我们最常用的电路拓扑结构是基础的直接型AC/AC变换器，因为它方便，且能达到改变输出电压幅值的效果。这类电路主要有Buck、Boost电路。这种类型的电路缺点主要之一就是它们只能实现升压或降压的功能，另外还就是它们的结构一般都很复杂。
1.1 交-交型AC/AC变换技术
就目前的情况，一般AC/AC变换器有传统相控AC/AC变换器、Buck型高频环节AC/AC变换器、Boost型高频环节AC/AC变换器，近几年研究出多电平AC/AC变换器、矩阵AC/AC变换器[16]和Z源AC/AC斩波器等类型。其中功率开关控制的AC/AC变换技术是最早也是最经典的一种。晶闸管相控交流交流转换器除了频率变换可以用来实现降压功能，也可以用于实现同一频率的降压。它有单相和三相之分，但本质上没有区别，可以采用相位控制或者通断控制方式：相位控制这种方法输出电压精确、调节精度高，但是电网谐波比例大，输出部分容易变形，所以常出现在调节精度与稳定性要求较高的中小型电路中；而通断控制这种方法就几乎不产生谐波污染，且电动机上的转速脉动大较大，常常在容量大、调速范围较小的电路中得到应用。矩阵AC/AC变换器是一种新兴的交流-交流变频器，它是基于矩阵变换思想的产物，近几年来越来越受到人们的关注。根据中间环节的不同，可以把矩阵AC/AC变换器分为直接矩阵和间接矩阵变换器[16]。这种转换器有许多明显的优点，如消除中间直流环节，器件尺寸更小，重量轻等。虽然他克服了晶闸管相控AC/AC变频器接线复杂、输出频率较低、频谱复杂等缺点，但是矩阵AC/AC变换器需要用到过多的双向全控器件，且电路设计起来较为复杂，需要庞大的占地，且耗费巨大，难以在生产中实用化。
对于只需要调节输出电压幅值的场合下，脉宽调制AC/AC斩波调压器反而是一种比较理想的选择。此类调压器应用范围广泛，如工业照明、加热设备、交流电机调速、风机的速度控制等。传统的斩波器采用基于半导体开关的相位控制模式，控制电路简单、功率容量大是它的优点，但是电路输出侧功率因数较小，电流谐波相对较大。之后人们采用PWM技术，这种技术克服了原先的不足。脉宽调制AC/AC斩波调压器具有电路拓扑简单、网侧电路谐波含量小、变换效率高、动态性能好、可靠性高等优点，它克服了用功率开关控制的AC/AC变换器本身理论上的缺点。在现实生活中，基于简单拓扑的AC/AC交流变换器才是我们实现调压的常用手段，但是它也有自己的缺点。比如，Buck型电路只有降压的功能，Boost型电路只有升压的功能，Buck-Boost型电路输出和输入反相，Cuk型变换器结构复杂。
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