新型能量变换与控制技术在高功率微波系统中应用的研究

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1、ClassifiedIndex：TN86SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationINVESTIGATIONSOFNOVELPOWERCONVERSIONANDCONTROLMETHODINHIGHPOWERMICROⅥ怜VESYSTEMSGrade：2007Candidate：ZhangZhengquanAcademicDegreeAppliedfor：Ph．DSpeciality：ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechniquesSuper

2、visor：Prof．LiuQingxiangNov．，2012西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密rl，在年解密后适用本授权书；2．不保密彭使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：≥吨y痴指导老师签名：日期：h店、／0．弓日期：砌7文、，

3、衣．弓西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：(1)提出一种基于交流链接技术(AC．Link技术)的新型电路拓扑结构，由三相输入滤波器，开关矩阵，LC串联谐振电路，高频高压变压器和全桥高压整流电路组成。采用双向开关矩阵，实现能量的双向流动，可以省去中间的直流存

4、储环节，实现高的功率密度；采用双向开关矩阵和串联谐振单元，既可以使开关工作在软开关条件下，减小损耗，实现高的效率，又可以实现恒流充电的功能。(2)采用了电荷分配的控制思想，提出了4工作过程和3工作过程2种工作模式，对2种工作模式建立分析模型，并给出2种工作模式的控制方程。针对3工作过程的工作模式，给出了一种简化的控制方程，并对两种控制方法进行了比较，简化的控制方程简单而有效。(3)首次利用状态平面分析法对基于AC．Link技术串联谐振充电电源工作模式进行了详细的分析。状态平面分析法在分析基于AC．Link技术串联谐振充电电源的特性时，各个

5、量在图上都用几何关系表示，非常直观。整个分析过程求解简单，效率高。(4)提出了采用相位检测的方法间接获得三相相电压的幅值，相电压经过过零比较器后将模拟信号变成数字信号，提高系统的抗干扰性。电路只需比较器及外围电路就可以完成，设计相对简单，成本也较低。实验结果表明采用方法的基于AC．Link技术串联谐振充电电源可以稳定可靠的运行。(5)提出一种线性补偿的算法。通过该算法的控制，使得线电流波形平滑，能够较好地跟随相电压，明显改善了项部坍塌和临界点跳变的问题。(6)对基于AC．Link技术的高压充电电源进行了研制和实验研究。实验结果表明：控制系

6、统能够在该电磁环境中可靠稳定地运行。电源平均充电速率为65kJ／s，功率密度为0．6W／cm3；电流波形能够很好地跟随电压波形，实现高的功率因数，功率因数测量平均值为0．99，总的电压谐波含量小于2％，总电流谐波含量小于10％；在阻性负载条件下，效率为90％。学位论文作者签名：一．>钞1勾1h．日别：A，Q．Ja．3西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要电源(初级能源系统)是高功率微波系统的必备环节，能量变换与控制技术是电源的核心技术，为了满足高功率微波系统朝着高功率，小型化和轻量化方向发展的需求，开展新型能量变换与控制技术的研究是必要

7、的。目前普遍使用的电源一般采用存在中间直流储能环节(DC—Link)的电源技术，中间储能环节的存在必然会增加电源系统的体积和重量，降低了电源的功率密度；另外这种供电系统的供电质量不高，其功率因数较低、谐波含量较大，为了进行校正或抑制，必然需要引入额外的电力电子器件，这样又进一步降低了供电系统的功率密度。为了解决这一问题，研究基于新型能量变换与控制技术的电源，提高高功率微波系统供电电源的功率密度和降低谐波就变得尤为重要。国外提出了基于AC．Link技术的能量变换与控制技术，AC．Link技术在结构上省去了直流储能环节，减少了能量变换的过程和

8、整流部分无源器件的数量，有效提高了开关电源的功率密度和效率。因此AC．Link技术在开关电源中的应用是一项非常有潜力的电源技术，具有较好的应用前景，必将推动电源技术的进一步的发展。本文综述了能