串并联双降压半桥逆变器输入电压脉动的分析.Stamped_图文


维普资讯 http://www.cqvip.com

第4 2卷 第 8期 
20 0 8年 8月  

电 力 电 子技 术 
Po rElc mnis we   c t e 

Vo . 1 g2. No 8 .  Au u ̄ . 008 g t2  

串并联双降压半桥逆 变器输入 电压脉动 的分析 
姚 志 垒  ,肖 岚 
( . 京航 空航 天 大 学 , 苏 南 京 1南 江 20 1 ; . 城 工 学 院 , 苏 盐 城 10 6 2盐 江 245 ) 2 0 1 

摘要 : 串并联双降压式半桥逆变器可输 出多种规格 的电网 电压 , 用在并网逆变器场合 可提高其通用性 。由于该逆  应
变 器 存 在 串联 和 并联 两 种 _作 模 式 ,阕 而 会 引 起 双 降压 式半 桥 逆 变 器 总 的 输 入 电压 脉动 和 两 个 输 入 分 压 电容 的 电  T 压 脉 动 。阐 述 了该 逆 变 器 的 工 作 原 理 , 析 了其 在 串 、 联 两种 工 作 模式 下对 输 入 电压 脉 动 的影 响 。分 析 结 果 表 明 , 分 并  

输入分压电容电压脉动与输 出视在 功率成正 比, 与输出 电压频率 、 输入分压 电容容值和输 出电压有效值成反 比。仿 
真 分析 和 实验 结 果 验 证 了理 论 分 析 的正 确 性 。  
关 键 词 : 变 器 ;串联 ;并联 ;电网 /电  8动 ;分 布 式 发 电  逆 『 k 中 图 分 类 号 :M 6   T 44 文 献 标 识 码 :  A 文 章 编 号 :0 0 lO 20 )8 0 3 — 2 10 一 O X(0 8 0 — 0 7 0 

An l i  fI putVola e ppl  f Ca c di / r le  a ysso  n   tg   e o   s a ng Pa a l lDua ? lBuc   . k
H a fbrdg   nv r e   l- i e I e t r
YA0  i1 i,? A0  n Zh e 2 XI La  

( .6 n  frni t 4 rnui  n   rn ui .N  n  10 6. hn; 1N嘲igUl e t l   o at sadA t at s 棚 ig2 0 1 C ia i。 、 i e   c so c  
2Y c e g Is tt q 7 c n Zg , az e g2 4 5 ,C /a   . a h n   t ue 厂     o I Y n h n   2 0 1 h ̄ ) n n i   oy  ̄

A src: aedn p r l  ulB (  a- ig n et ̄Cl pto tm lpewh EsS svr utbef  r — b tatC sa i ̄ aae d a u。 h l1 ( eivr r a  u  u ut l  ̄a e.Oi ey 8i l o g d  l l   k lw I e  l   i     a  ri
c n e td i v r r h   n v r ai   f h   ld ( n e t d i v  ̄ rc n b  mp o e . t t xsst o o e ai n mo e   h c   o n ce  n et . e u ie s l y o   e g。 一- n ce  n c e   a   e i r v d Bu i  ̄ it w   p r t   d s w ih eT t t i o   o
c n  ̄ fc t  i pu v la  rpp e n  v la e " p e f i utc pa io sThe p r to  prncp e s lu tae a  1e a fe t he n t otge i l a d ot g  lp l o  np   a ct r.  o e ain i il i i sr t  nd     i l d. h

i p tv l g   i p e a  a c d n   n   a al lmo e   s a ay e . ay i r s ls i d c t  h tt e v l g   p l  ft o r n  ot e r l  tc s a i g a d p r l   d s i n lz dAn lss e u t n i ae t a    o t e t p e o  w     a p e       h a i i t   a a i r  sp o oto a o t e o t u  p a e tp we . n    n e s   r p r o a t t e v l e   f ip   a a i r .  ̄ pu c p c o si r p r n lI h   u p a p r n  o r a d i iv r e p o o t n i h   a u s o  ̄ u c p c t s  t   i t s i l ) t o

tef q e c  n  i t a  q ae RMS)o  ec tu  otg .x ei na e ut v r ytete r t a  n ls . h  r u n ya dro  ns u r ( e me f h  up vlaeE p r t t me t rs l  e f h  h oei la ay i  l s i c s
Ke wo d : v r r o tg  i p e a al l r y r s i e e ;v l e rp l ;p r e ;g i n t a l d/d sr u,   ( e ‘ e e i n;v l g   p l  iti td p) lg n mf b e w o ot e r p e a i

F u d t n P. etSp ot   y A i i   c n e ad T c nl y F n ( o0 C 2 0 )S ine ad T c nlg  o n ai   rjc:u pr d b  v t n S i c  n   eh o g  u d N .5 5 0 6 ;cec  l  eh ooy o o e ao e o 1 P o c fr n esy( o 5 a5 0 8 ; pnF n  r e  j il1 C nt c o N .K 2 00 8  r et0 U i ri N . ll 0 1 )O e  udf   yD s pie os af n( o Y 0 6 5 ) j     v t 0 oK c l  ri X

1 引 言     
随着 能源危 机和用 电需求量 的不 断提 高 . 分布 式  发 电系统I 具有缓 解 电 网用 电紧张 . 少 发 电站 的  I 1 因 减 发电量 , 电网断 电时能对 关键 负载不 问断供 电而成  在 为 当今 的一 个研究 热点 , 并网逆变 器正 是其 中的一个 

得 小 , △ 。 △ ∞大 , 响输 出电压 的波 形质 量 , 则 Ⅱ。 Ⅱ , 影 但 
可减 小逆变器 的体积 和重 量。 因此 ,合理 选择 C , :  C 

将 成为该逆变 器设 计的关键之 一。   针 对 上述 问题 . 以输 入采 用 三相 星形 、 共 点接  公
地 的桥 式不控 整流 电路 为例 .对 串/ 联输 出双 降压  并

重要部分 。然 而世 界上 电网 电压 的规格 较多 . 传统  对 单电压输 出的并 网逆变 器【 2 l . 而言 其通 用性较 差 。   文 献 [】 出 了一 种 串/ 联 双 降 压 式 半 桥 逆 变  3提 并
器 , 过 两台逆 变器 的 串/ 联组合 , 以输 出多 种规  通 并 可

式 半桥逆变 器 的输 入 电压 脉动进 行 了分析 ,为 c c h  的选取提 供 了理 论依 据  阐述 了该逆 变器 的工作 原 
理 ,分析 了 串、并 联两种 运行模 式对 △ , Ⅱ   △ ∞的影  响, 对理 论分 析进 行 了仿 真验 证 . 后 , 1台 1 V   最 对   A k
串/ 并联输 出双降压式 半桥逆变 器进行 了实验验证 。  

格 的电网 电压 。 由于 该逆变器 存在 串联 和并联 两种  但 运行模 式 , 这将对 双 降压式半桥 逆变器 总 的输入 电l 乐  脉 动 △  和 两 个 输 入 分 压 电容 C , 2 电压 脉 动  Ⅱ  G 的

△ c△ 晓产生影响。C,2 Ⅱ1 Ⅱ , l 应根据 △ c△ c的火小 c Ⅱ。 Ⅱ2 ,  
来选 取 , c ,2 得大 , △ 。 △ ∞小 , 出 电压  若 。c 选 则 Ⅱ  Ⅱ , 输 波 形质量高 , 会增加 逆变器 的体 积和 重量 ; 。 : 但 c , 选  c

2 工 作 原 理    图 1 出串/ 联输 出双 降压式 半桥 逆变器 主 电  示 并 路, 并给 出了总输 出滤 波 电感 电流 i  的参考 方 向。  

…!  
:  

基 金 项 目 : 空 科 技 支撑 基 金 ( 5 5 0 6 ; 航 0 C 2 0 ) 高校 科 研 成  果 产 业 推 进 基 金 项 目( 5 a 5 0 8 ; 点 学  0 1l0 1 ) 重 科 建 设 开放 基 金 ( K 2 0 O 8 。 X Y o  5)  
定 稿 日期 :0 8-5 0   20一 ,5 0一

串 

联  输;  
出 

作 者 简 介 : 志 垒 (9 l ) 男 , 苏 溧 阳 人 , 士 研 究 姚 18一 , 江 博  
生 , 师 。研 究 方 向 为 功 率 变换 器 、 网逆 变  讲 并 器及 其 控 制 策 略 等 。  
L。   也 为输 出滤 波 电感 ;   为输 出滤波 电容 ;  c,   R 为负载  

图 l 串/ 联 输 出 双 降 压 式 半 桥逆 变 器 主 电 路 图    并
3  7

维普资讯 http://www.cqvip.com

第4 2卷 第 8期  20 0 8年 8月  

电 力 电 子 技 术 
P we   e to c   o rE] er nis

V1 2 o . .N .  4 08 Au u t 2 0    ̄ s .0 8

当图 中 A 点和 B点分 别接 在 尺 两端 时 , 于 串 。 处  

由于 输入 采用 三相 星形 、公共 点接 地 的不控 整 
流 电路 ,  或  ) T内充 电 3次 , C ( c ) C( 在 则 .或  在 



联输 出模式 , 可将 2台逆 变器等 效为 l台全桥逆 变器  进行 分析 ; A 点 与 B点短接 , . 当 尺. . 与短接 点和地线 相  连 时 , 于并 联输 出模 式 , 将 2台并 联 的逆变 器 等  处 可
效 为 l台 相 同 功 率 的双 降 压 式 半桥 逆 变 器进 行 分  析  。因此 , 两种运 行模式将 影响 △   △ 。 △ 娌   “ 和 “  “ 。 ,

个 T2内充 电一次 , / 另一 个 T2内充 电两 次 . 以  / 所
, 。  

每 个输 入分压 电容 电压 脉动 频率 
32 并 联输 出模 式  .

() 1 输入 电压脉 动值 的分析

并 联输 出模 式下输 

3 两 种 模 式 对 输 入 电压 脉 动 的 影 响  分析前先作假设: jC: ; ①C= 2c ②输出电压频率  等于 电网电压频率 ; 因研究的是中小功率场合 , ③ 输 
入 电流较 小 。等效 串联 电阻产 生 的压 降可 忽 略 . 故 

入 三栩 不 控 整 流 的工 作 方 式 与串联 输 出模 式 相 同 .   C ( C) 隔 T3充 电一 次 。对应 △ 的计 算 公式  。 或 :每 /   与式 ( ) 同 。 4相   并联 输 出模式 下 ,在~ 个输 入 分压 电容 放 电 的  一 同时 ,另 一个 输 入分 乐 电容 电压 高 于 电网相 电 压且    电压 维 持 不 变 ,低 于 电 嘲相 电压 时 则 充 电 .因 此 
Au <Au 。   “ 

c,2   的等效 串联 电阻亦可忽略 : 总的输 i滤波 『 c ④ - } { 乜  
感 电流 为 :  
i 、 2S s t / o u v  。i t   = / n u o
出电压角频率。  

() 1 

式 中 : 为总的输 出电压有效 值; 是输 出视在功 率; 为输       

() 2 输入 电压 脉动频 率的分析 并联 输 出模 式下  每个 输 入分压 电容 电压 脉动  牢和 总 的输 入 电压脉  动频 率与 串联 输  模式 下相 同, 、  

31 串联 输 出模式  . () 1 输入 电压 脉 动值 的分析 采 用三相 星 形 , 公 

4 仿 真 验 证 
为 了验 证 理 论 分 析 的 正 确 性 .进 行 了 仿 真 验  证 , 真 参 数 为 :A 2 0 i ( 1 t , l 2 0 i( 1 t  仿 /= 0 s 3 4) u = 0 s 3 4一 2 n  ̄ n 2r )u= 0 s ( l£ 1 3 , lC- .3 n ,f   = 73 ,c 2 0i 3 4  T )C= 2 7   F cl / n /  ̄ i =   94 , r 三 : . F 三      “ 5 0t : = 3   H,输 出 电压 频 率 L= 0 x 5 

共 点接地 的不 控整 流 电路 .相 当于 两个三 相 半波 不  控整 流 电路 分 别给 c , 2 电 ,所 以它 们 的充 电时  1c 供 间相 差 六 分之 一 电 网 电压 周期 即 T6 / .每 个 输 入 分  压 电容 每 隔 T3充 电一 次 .则对 应 放 电 电流 最 大 的  / 区 间应 该 为总 的输 出滤波 电感 电流 f /一t3 7 2   w 2 " , /+ r r / 7 3 ,176 5r ] r ]  ̄ [/ ,' 6。每 个输 入 分 压 电容 最 大 放 电 电  / ]r r / 流平均 值 为 :  
f5r     ,6 r /
— —  

H 。 并联 模 式下 ,输 出 电压 有 效值  ,l 0V, b   z =    尺 = 1 1 . Q; 21 串联 模式 下 , 02 0V,   5 . Q。   /= 4   R = 29   ]   串联输 出模式下 , 仿真得 出 A i 8 9   V, ul u= . 81 A 。   n 6   = 62 54V, u263 28V;并联输 出模 式下 , u = .8    A ( .1   J = △    l.5   A c l.8  △   l . 4V。 29 7V, u1 38 i = V, “ 3 7   串联输 出模  4 式下 ,A “ Au> a 并联 输 出模式 下 , i A a 仿  2 u > iAu ;   Au< u ,   真 结果 与理 论分 析一 致。   r式 ( ) 算 出 , f 4可 】 串联 输 出模 式 下 △   68     “ : . V; 7

= 、 2S/ 7 )J.s ( t ( t 3 /  。 2r (  , i t) t) () n o do   2 
。 

每 个输 入分 压 电容 的最大 脉动 电压 为 :  
A = /3 )     (   
式 中 为输 出电压频率。    

() 3 

将 式 ( ) 入式 ( )并化 简得 : 2代 3,  
△ = /6S/2r,o )   、  。( ' U C  t f () 4 

并联 输 出模式 下 △ 。 1.9V。两 种 运行 模式 下 , “=49  仿 
真 的 电压 脉动 要 比计算 值 小 ,主要 原 因是放 电时 间 
< T3 。 (/ ) 

由 式 ( ) 知 , u (= , , 下 同 ) 4可 A ai 12 以 与  成 正  比, 与  , C 值 和  值成 反 比。 C,:   由 串联输 出模式 的工 作原 理可 知 ,,C 同时 充  C,: 放电。 因此总 输入 电压 脉动 A i 2 u ( l2 。但 实  u = A 。  , )   际上 , ,c 充 电时间相 隔 T6 每个 输入 分压 电容 在  C, 2 /,


5 实 验 结 果   
为 了验 汪理 论分析 的正确性 , 制 了 l台 1 V   研   A k

串/ 联输 出双 降压式 半 桥逆 变器 原 理 样机 , 要技  并 主 术 参数 为 : 采用 三 相 电网 电压经 过调 压器 调压 , 再经  星形连 接 .公共 点接地 的 桥式不 控 整流 电路 作 为输  入 ,输 入 电压平 均值 U = 6   L1L = 3  H, l   3 0V, f f 5 0 -4  =   C = . ,  C= .3 F   94  F C= z 7   ,两种模 式 下  值 均 与仿  4 m

个 电网 电压 周期 内充 电 3次 ,并 不是 同时进 行 充 

放电, 因此 2 u > u > u 。 A a A i A a    ( ) 入 电压 脉 动 频 率 的 分析  由于 △ 占输  2输   入 电压  的 比重 很 小 , 可近 似 为恒 定 ,   而输 出瞬  时功 率 为 电压 和 电流 的乘 积 , 频 率 为  , 其 可得 输  入 电流 的瞬 时值为 :   i  “ T I   =
卵  。  

真 参数 相 同。 电 网频 率和 输 出 电压 频 率均 为 5  z  0H 。 图 2是 串/ 联 两 种运 行 模 式 对 △ 影 响 的实  并   验 波 形 。 由 图可 见 , 串联 输 出模 式 下 ,  : .V, △ 48    
A i . 并联输 出模 式 下 , u   1 A   9 可  u 6V;  5 A a 2V, uI V。 T = 见 .实验所 得 的 电压脉动 比仿真和 理 论分 析 所得 的  要小 , 主要 原 因是 电网 电压谐 波含 量较 大 , 平顶 波  为

() 5 

式 中 : 输 出 电 流 有 效 值 ; 为 转 换 效 率 ; 为输 出 电 压 与  厶为 叩   输 出 电流 的相 位 差 。  

因 △ 由输 入 电流 对 输 入 电容 的充 放 电 引起 , ‰   所 以总 的输 入 电压脉 动 频率 厶    。 =  
3  8

形 状 ,所 以输 入分压 电容充 电时间 比电网 电压 为纯 
正 弦 时长 , 因此 △ 和 △ a 比电 网电 ( ‰  均 下转第4 页) 1  

维普资讯 http://www.cqvip.com

采 用 耦 合 电感 的 车 栽 逆 变 器前 端 推 挽 式 变挟 器 

5 实 验 结 果    实 际制 作 了直 流输 入 为 1 .— 45V, 05 1 .   交流 输 出  为 2 0V. 定 功率 为 2k 的工 业样 机 。前 级 谐 振  3  额  W
推 挽 式 电 路 的 开 关 频 率 为 3  H , 压 器 变 比 n   0k z 变 =
26 .因此 在 U 3 5 4 5V范 围 内。选 择 了 5个  : 2  ̄= 2 ~ 6   I F 25 R 3 0 Z型低 导通 电阻 MO F T并联 工 作 , SE 导通 电  阻 典 型 值 为 4   Q, 大 电 阻为 65n .m 最 9 .   设计 L:   Q。   

是符 合要 求 的 。 5 图 d示 出流 过 耦合 电感 两个 绕组 的 
电流  和  及  f的 电流 差 , 见 电流 差很 小 , - 3 E ̄ 可 电流 

的均 流度 很好 。  
表 1 满 载 测 量数 据 

8 x 0I H。L L谐 振 式 推 挽 电路 参 数 :l= 6I L    C Lk 4   H;l=   x
4 x L = 0 H ; = 2 / ; 8 2 2 n L = 0   H。 8/H;   8     7 x C = 8   F;   8 0 H  

6 结  论  提 出 了 一种 前 端 谐 振 推 挽 式 电路 采 用 耦 合 电 
感 并联 均 流 的方 案 被 。该 电路 具有 结 构 简 单 、 开  软
关效 率 高 、 流 度 好 的优 点 。 阐述 了两种 参 数 偏 差  均 对 均 流 度 的 影 响 . 论 了耦 合 电感 的 设计 。试 验 证  讨 d 了方 案 的有 效 性 。 电路 亦 可 应用 在 其 他 离 网型  j j 该 独 立 逆 变 电源 中。  

图 5示 出实验波 形。该样机 在不 同  下 带满载测 试  主 要波形 见 图 5 ,。 b c 

参 考 文 献 
, 0m /   川 s格)
( ) ¨      b  =I 5、 4
  。

【] 张方华 , 1 王慧贞 , 严仰 光. 正激推挽 电路 的 Z S方案[ . C J 电  ]
力 电子 技 术 。0 3 3 ( )6 — 2 2 0 ,7 2 :0 6 .  
【] Y a   i e g L C C a g Pn g n  o g   e   C   e - 2 u n Y s n ,     h n , ig a gS n . N w L 1 R s h A 一  
on n  P h? ul DC? a t us - l P - DC Co e r o  I v  ̄e  Ap i   nv  ̄e  fr n e r pl ? ca 

\  y  
一  

1 2— 7I  

t n 【 JE E L re E g e r g S s m C n rn e o   i s A . E   ag  n i e n   yt   o f e c  n o I n i e e

\  y
  :

P w r n ier gf] aa a M nra,0 7 2 12 4 o e  g ei   . nd , o t l2 0 :6 - 6 . E n n CC e  

,1 /  ( 0ms辑1 /}  () 级 漕 振 电 流 放 大  d次

【1 沈燕 群 . 3 姚

刚, 何湘宁. 采用耦合 电感 的并一 并型双 管正 

激组合变换器『. J 电力电子技 术 ,0 5 3 ( ) 3 5 . 1 20 ,9 2 : — 5 5  
【] N M A d l a i JE Q ace nls  n   eino   4     b e R hm,   uio. ayi a dD s  f —   A s g a
Mulil   e a k oo  Co to S r tg f r S n l ? ha e tp e Fe db c  L p nr l tae y  o   i g e P s  

图 5 实 验 波 形 

各波形测 量值 如表 1 示 。由表 可 见 , 所 两个前 端  电路 的不 均 流度 小于 2 %。 而在 图 5 c中 , 在  低 到  l . V时 , 出 电压 t 削 顶 现象 , 是 由于  太 低  05   输 t   有 这 导 致  <  峰值 而造 成 的 。但 t有 效值 仍 有 2 7V, t 。 2    T Du91 %, 对车 载逆 变 器这 类 独 立 式 电源 而 言  H = .8 这

V l g —o re P   v n m[. E   rn. nP w r l — ot eS u c  Sl e e  ̄ I E T a s o  o e  e   a U n E E c t nc , 9 6 1 ( ) 5 2 5 1 r is 1 9 , 1 4 : 3 — 4 . o  

【1 袁义生 , 5 宋平 岗 , 张榴晨. 立逆变 器无 电流互 感器控制  独
研究【. J 电力 电子 技 术 ,0 7 4 ( 0 : 17 . J 2 0 , l 】 )7 ~ 3  

( 上接 第 3 8页 )  

压为纯 正 弦 时小 。 厶面和 

与理 论 分析 …致 。  

出模式 时 的大 ,因此 应 根据 并联 输 出模 式 的输 入 电  压 脉 动 设 计 串/ 联 输 出双 降压 式 半 桥 逆 变 器 输 入  并
分压 电容 。该方 法 同样适 用 于其 他 半桥型 逆 变器 输  入分 压 电容 的选 取 。  

量 导 善 
> 《 

呈譬三  

誊  
参 考 文 献 
,(   / J /5ms硝   t(   / ) / 5ms格  

i] J e e  s vzG P l aB h k  T r sA i  e t i nzE t e  A,am   e n eR, ot   v aR,t m e e l  
a . Co ei v   r e  n e r t n Mo e  o   s b td I A  mp t i e Ma k t I t ga i   d lfr Dit u e   t o i r

( 串 联 模 式  a)

( ) 联 模 式  b并

图 2 不 同 模 式 下 的 实验 波 形 

6 结  论    输 入 分 压 电容 的选 取 是 设 计 串/ 联 输 出双 降  并 压 式半 桥逆 变器 关键 之一 。阐述 了该 逆变 器 的工 作  原理 , 析 了 串、 分 并联 两种 运 行模式 对 输入 电压 脉 动  的影 响。仿 真和 实验 结果 均验 证 了理 论分 析 的 正确 
性 。 输 出视在 功率 和输 出电压频 率 相 同的情 况 下 . 在  

G nrt n【. E  rn. nP w r ytm ,0 7 2 ()  eea o JI ETa so o e S s s20 ,2 4 : i 】E   e
2l —21   61 69.

【 姚志垒 , 2 】 王

赞, 肖

岚 , . 种 新 的逆 变 器 并 网控 制 策  等一

略的研 究[. J 中国电机工程学报 ,0 6 2 (8 : 16 . J 20 ,6 1)6 —4 
【】 朱 成 花 , 仰 光 . 种 新 颖 的 串/ 联 输 出 双 B C 逆 变  3 严 一 并 UK 器 [. 国 电机 工 程 学 报 ,0 5 2 (0 :2 1. J中 ] 20 ,5 2 ) 1— 5   【】 姚 志 垒 . 于 D P控 制 的 串 并 组 合式 逆 变 器 及 并 网 控 制  4 基 S 策 略 的研 究 【】 京 : 京 航 空 航 天 大 学 ,0 6 D. 南 南 20 .  
41  

由于输 出 电压 的有 效值 在 串联输 出模式 时 比并 联输 


相关文档

双降压半桥逆变器一种控制方法研究.Stamped
半桥三电平并联逆变电源的设计与试验.Stamped
电流型控制半桥逆变器研究(Ⅱ)——直流电容电压偏差前馈控制技术.Stamped
半桥三电平逆变器输出不对称交流时直流侧电容电压的分析.Stamped
一种SPWM控制双Buck半桥逆变器研究.Stamped
可控硅全桥并联和IGBT半桥串联的逆变固体电源性能探讨.Stamped
半桥串联谐振逆变器的非线性控制方案.Stamped
一种采用DSP控制并基于三相半桥逆变器的UPS.Stamped
半桥式弧焊逆变器的设计和分析.Stamped
中频电炉串联半桥逆变器调功原理分析.Stamped
电脑版