电力电子技术在变压器设计中的应用与分析

教学与研究。

1999年美国德州大学MKang等人提出交交交电力电子变压器，如-2所示。该电路由初级、次级两个功率变换电路和高频变压器构成，在两级功率变换电路中，每个桥臂由上、下两个背对背的功率器件连接，这种连接方式可以实现电能双向流动。

反激式电力电子变压器-3为采用反激型变换器的电力电子变压器。该结构避免过多的中间阶段，使结构简化，从图中也可看出，整个装置的开关器件只有6个，大大少于前面两种结构。

这种电路的显著优点是它所需要的开关器件较少；电源侧的电感和电容组成LC滤波电路，可以在一定程度上解决电能质量问题。但是，由于反激式变换电路主开关电压应力较大，难以应用于输入电压较高的场合；另外，反激变换电路的变压器要加气隙，所以漏感较大，会在变压器上产生很高的尖峰电压，从而进一步增加变压器上的电压应力，并使电磁干扰较为严重。

三、双PWM变换的电力电子变压器分析结构框图及电路结构双PWM变换的基本思路是在变压器原边进行三相PWM整流变换，再将直流电压调制为高频电压，经高频变压器耦合到副边后，在副边进行高频整流，*后通过三相PWM逆变电路，得到三相工频交流电压。结构框图如-1所示。

双PWM变换的电力电子变压器具体电路结构如-2所示，该电路由电压型三相PWM整流电路，单相桥式逆变电路，高频电力变压器，单相桥式整流电路，三相桥式逆变电路组成。电路的工作过程为：在变压器的原边，将工频高压交流电通过三相电压型PWM整流电路变为直流电，从而实现电网电流的相位控制，然后通过单相逆变电路将其逆变为高频单相交流电，经变压器耦合至副边，再经单相高频整流电路，将变压器副边的高频交流电变为直流电，*后经三相逆变电路和滤波电路，得到工频交流电。

从-2可以看出，原、副边基于双PWM变换的电力电子变压器含有单项全桥整流电路和三相全桥整流电路，且都是由全控器件组成。整流电路是较早应用的一种AC/DC变换电路。整流电路的发展经历了由不控整流器（二极管整流）、相控整流器（晶闹管整流）到PWM整流器（门极关断功率开关管）的发展历程。传统的相控整流器，虽然应用时间较长，技术也较成熟，且被广泛使用，但仍然存在以下问题：晶闹管换相引起网侧电压波形畸变。

网侧谐波电流对电网产生谐波“污染”。

深控时网侧功率因数降低。

闭环控制时动态响应相对较慢。

而二极管整流电路，会产生网侧谐波电流而“污染”电网；另外二极管整流的不足还在于其直流电压的不可控性。针对上述不足，PWM整流已对传统的相控及二极管整流进行了全面改进。其关键性的改进在于用全控型功率开关管取代了半控型功率开关管或二极管，以PWM斩控整流取代了相控整流或不控整流。因此，PWM整流可以取得以下优良性能：网侧电流为正弦波。

网侧功率因数控制（如单位功率因数控制）。

电能双向传输。

较快的动态控制响应。

显然，PWM整流已不是一般传统意义上的AC/DC变换器。由于电能的双向传输，当PWM整流电路从电网吸取电能时，其运行于整流工作状态；而当PWM整流电路向电网传输电能时，其运行于有源逆变工作状态。所谓单位功率因数是指当PWM整流电路运行于整流状态时，网侧电压、电流同相（正阻特性）；当PWM整流电路运行于有源逆变状态时，其网侧电压、电流反相（负阻特性）。由于PWM整流电路的网侧电流及功率因数均可控，因而可被推广应用于无功补偿等非整流器应用场合。本文正是利用PWM整流电路网侧功率因数可控，电能双向传输的优点，应用于改造传统电力变压器，即基于双PWM变换的电力电子变压器，使其在传输电能高频调制而实现小型化、轻型化设计的同时，炅活控制变压器原、副边的功率，使其在稳态时电网侧单位功率因数运行。

由-2可知，原、副边基于双PWM变换的电力电子变压器包含原边单相逆变电路和副边三相逆变电路。其中，原边单相逆变电路的作用是将原边整流电路的直流输出电压转换为高频变压器的工作电压；副边三相逆变电路是将副边整流电路的直流电压转换为工频交流电压，供用户使用。电压型逆变电路的主要特点有直流侧并联大电容相当于电压源；由于直流侧电压源的特性，其交流侧输出的电压为矩形波，其波形与负载阻抗无关，而交流侧的电流波形和相位会因负载阻抗的不同而改变；当负载呈感性时，需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用，而逆变桥各臂并联的反馈二极管为交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道。

电力电子变压器可用于电力系统在输电环节，电力电子变压器比较容易与柔性输电技术相结合，对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施炅活快速地调节，实现对交流输电功率潮流的炅活控制，进而提高电力系统的稳定性；在配电环节中，由于有现代电力电子技术和现代控制技术的支持，使电力电子变压器有具有抑制谐波双向流动，防止负载侧出现故障影响电源电压，消除电压跌落、升高、以及过电压、欠电压等电源侧电压的干扰对负荷的影响的作用所以它可以提高供电可靠性和电能质量。电力电子变压器的理论和实现是一个新的研究领域，其研究成果将会为变压器的制造及其在电力系统中的应用提供全新思路和方法，进入实用化后，将会在变压器制造业和电力系统中产生巨大的效益。

王兆安，黄俊。电力电子技术。北京：机械工业出版社，2002.很高，很快把火焰窒息。

对于不能用水来扑灭的物质着火时，可用干粉末来进行扑灭，一般是碳酸氪钠加入4540%的细砂，硅藻土或滑石粉。从干粉灭火机喷出的灭火粉末，盖在固体燃烧物上，形成了阻碍燃烧的隔离层，而且此种固体粉末灭火机剂遇火时放出蒸气及二氧化碳，利用他的吸热降温和隔绝空气的作用而熄灭火焰。

四氯化碳为无色透明液体，不助燃、不导电，沸点低（76.8C）。四氯化碳灭火机就是利用它的这些性能。当四氯化碳降落到火区中时迅速蒸发，因其蒸气重（是空气的55倍），就密集在火源四处，包围着正在燃烧的物质，起到了隔绝空气的作用。则燃烧的火焰迅速熄灭，特别适用于带电设备的灭火。但是它有一个很大的缺点，就是当它受热到250C以上时，能与水蒸气发生作用，生成盐酸和光气。光气是很毒的气体。四氯化碳本身也有毒性。所以使用这种灭火器时，要带防毒面具。

在焊接的行业里，虽然危险无处不在，但是我们严格遵守安全操作规程，就能平安无事；一但发生火灾事故，只要我们能沉着应付，使用正确的方法灭火，应能化险为夷。