改进型Zeta式三电平AC_AC变换器

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1、第30卷第1期电力自动化设备Vol．30No．12010年1月ElectricPowerAutomationEquipmentJan.2010改进型Zeta式三电平AC／AC变换器李俊杰，李磊，都洪基，章茜（南京理工大学动力工程学院，江苏南京210094）摘要：为进一步提高高压电能变换领域输出波形的质量，基于多电平技术的相关原理，提出了无中间直流环节的改进型Zeta式三电平AC／AC变换器，进一步介绍了该变换器的电路结构、电路拓扑和高频控制策略。利用仿真软件Pspice建立了改进型Zeta式三电平AC／AC变换器的电路仿真模型，给出了该变换器闭环控制的主电路图，对其进行了闭环控

2、制仿真验证，得出了闭环控制电路各部分的输出波形，并在输入端交流信号波动的情况下测试了输出端的稳压性能。结果表明：该改进型Zeta式三电平AC／AC变换器的拓扑结构简单，设计原理正确，控制方法简单可行，有较好的稳压功能。关键词：交交变换器；三电平；Zeta；高频；稳压中图分类号：TM46文献标识码：A文章编号：1006－6047（2010）01－0084－03基于Zeta变换器基本理论及Zeta三电平电路VD4VD8VD7VD2R3直流变换原理［1-11］L，研究提出了一种新型的Zeta式C12三电平AC／AC变换器电路，并对其电路结构、电路拓扑、工作方式、高频控制策略等进行了详

3、尽的理论VVVVVT2VD1T5T8T7T3研究，并利用仿真软件Pspice建立了Zeta式三电平VT5L1VD6AC／AC变换器的电路模型进行了闭环控制仿真，证U1C2R1实了该Zeta式三电平AC／AC变换器设计原理的VT4V正确性和可行性。D5R2VT31改进型Zeta式三电平AC／AC变换器工作VD3原理图1改进型Zeta式三电平AC／AC变换器原理图改进型Zeta式三电平AC／AC变换器的原理图Fig.1SchematicdiagramforimprovedZeta-type如图1所示。由于开关管的频率为50kHz，开关周期three-levelAC／ACconver

4、ter很短，所以当电路输入端输入一个正弦交流信号时，阻引出一个电压跟踪某一基准电压，通过闭环反馈该交流输入信号可以看作为很多个时间很短的直系统的自动占空比调节，实现该引出点电压和基准流信号的组成［12-15］，并且在每个直流信号持续期间，电压几乎相等，从而在输出端得到想要的交流电压。电路均按照Zeta式三电平直流变换器的工作原理闭环控制电路原理图主电路部分如图2所示。工作。当交流输入信号处于正半周时，VT7、VT8在驱动实验中基准电压取5V的正弦波形，Uf为输出引出信号下工作，VT5、VT3导通，VT6、VT1、VT2、VT4截止；当交点电压，RC用于防止过电压。当输入交流信号

5、处于流输入信号处于负半周时，VT7、VT8、VT5、VT3截止，VT6、V在驱动信号下工作，V、V导通，但前后2种情正半周时，S4、S2在驱动信号下工作，VT1、VT4导通，S1、T1T2T4况，电路工作的原理相同，只是电路方向上的差异。S3、VT2、VT3截止，当输入交流信号处于负半周时，S4、这样就可以在输出端得到幅值为交流输入信号的S2、VT1、VT4截止，S1、S3在驱动信号下工作，VT2、VT3导D／（1－D）倍的另一种正弦交流信号，从而实现了通，前后2种情况，电路工作原理相同，只是电路方一种交流信号到另一种交流信号的直接变化。向上的差异。为了在输出端得到一定幅值的正

6、弦交流信号，在输出端引出电压Uf，与幅值为5V的正弦2仿真验证基准电压进行比较跟踪，通过比例积分放大器U3A的作用在放大器的输出端得到反映两者偏差2.1闭环控制原理为了实现对输入／输出共地的改进型Zeta三电的误差信号，该误差信号为一方波，经过一个反相放大平AC／AC变换器的闭环控制，在输出端利用分压电器U1A后得到另一方波，两者幅值相等，相位相差180°，可见误差值在调节过程中不断的变化，这会收稿日期：2009－04－10；修回日期：2009－07－02引起后面驱动信号的占空比的变化。此时将误差信基金项目：国家自然科学基金项目（50607008）；江苏省高校“青蓝工程”计划项

7、目号与反相后的误差信号分别与彼此相差180°的锯第1期李俊杰，等：改进型Zeta式三电平AC／AC变换器R15C3R16C4R17C5R18C6VD1VD4VD3VD5C1L2R1R2R5R9VT2R-+++-+3S3S2S4S1L1-+VD6-+++-+V19+-+VD8UfU2C2R12VVT4-20q3q2q1q4VT3V-+D7V21R4VD2-+VT1V22图2改进型Zeta三电平AC／AC变换器闭环控制主电路图Fig.2Maincircuitofclosed-loopcontro