基于串聯(lián)型電壓自動電壓調節(jié)器與交流斬波補償器

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1、基于交流斬波器電壓補償?shù)淖詣与妷赫{節(jié)器摘要：本文提出了基于AC斬波器電壓補償?shù)淖詣与妷赫{節(jié)器（AVR）。所提出的AVR由脈沖寬度調制（PWM）交流斬波器和電壓補償變換器組成。交流斬波器的切換問題由開關模式進行解決，交流斬波器在沒有斬波器的情況下直接進行AC-AC功率轉換，所以減少了AVR的體積和成本。交流斬波器僅僅補償所需的電壓，所以降低了開關的切換頻率和損耗。使用旁路開關，使得所提出的AVR不僅可以補償電壓暫降同時也補償輸入電壓。實驗結果驗證了所提出的AVR能夠快速補償電壓跌落和輸入電壓的過剩。1引言自動電壓調節(jié)器（AVR），是一種被稱為線路調節(jié)器的裝置，它能

2、自動地調節(jié)輸出電壓。電源線干擾可能會導致敏感的設備產生嚴重問題，如計算機，通訊設備和過程控制系統(tǒng)[1]。與增加使用敏感設備相比，電壓驟降和膨脹在今天所面臨的工業(yè)客戶中已被確定為重要的電能質量問題。以提高敏感設備的可靠性，解決功率質量問題，特別是電壓跌落和膨脹的許多方法已被提出。動態(tài)電壓恢復（DVR）與直流母線電容相連的有關報道，用以保護敏感負載免受電壓跌落和膨脹[2-5]。但是，在DVR的功率轉換器提供了間接的AC-AC功率轉換，這意味著有如下可能的缺點：如在功率半導體器件的多個設備的計數(shù)中，相比直接AC-AC電源轉換會有更多損失和較低的效率。此外，該直流鏈路電

3、容器作為能量存儲元件，由于它的尺寸和維修問題而成為一個難題[3]。為了克服這些缺點，在AVR基于脈沖寬度調制（PWM）的交流斬波器，也被稱為矩陣轉換器，可以考慮實現(xiàn)直接AC-AC電源轉換。AVR單片機的基礎上與交流斬波電壓串聯(lián)補償模型框圖如圖1所示。交流斬波器是基于一個變壓器輸出電壓補償降壓轉換器的配置。輸入電壓被分成幾部分，并且輸出電壓是通過控制占空比決定。然而，大多數(shù)標準交流斬波器需要有換向問題和復雜性的控制電路的雙向開關。換向問題導致高電壓尖峰，這就限制了額定功率。開關的換向是關鍵的，當電流路徑被改變，必須提供一個替代它的電流路徑。此替代的電流路徑是使用額

4、外的雙向開關或緩沖器來實現(xiàn)的[6]。然而，這些拓撲結構的實現(xiàn)是很困難和昂貴的。此外，該開關的電壓應力也很高，所以使得AVR的可靠性降低。因此交流斬波沒有換向的問題[11-13]和針對該AC斬波器已經被提出[14-15]。然而，這些AVR單片機只能補償電壓跌落，而不是降低電壓驟升。因此，已經提出的AVR，其能夠補償無串聯(lián)的變壓器[16-19]。這些AVR單片機可以彌補這兩個電壓的驟降和提升。然而，這些AVR單片機處理系統(tǒng)功率容量的100％。因此，這些AVR系列有較高的電壓和開關的電流應力與用一系列變壓器補償?shù)难a償器，用于和補償?shù)腁VR比較。幾個轉換器拓撲結構，在[

5、20]提出。這些拓撲結構是由一個直接的AC-AC轉換器和變壓器的串聯(lián)電壓補償。然而，這些拓撲結構有許多開關裝置和復雜的電源電路。在本文中，在基于與交流斬波系列電壓補償AVR的建議下。建議由AVR的交流斬波器和變壓器串聯(lián)電壓補償。交流斬波器僅僅補償所需要的電壓，所以開關具有降低額定值和應力。使用旁路開關，使得所提出的AVR可以為電壓驟降同時也為輸入電壓的電壓膨脹補償。實驗結果驗證所提出的AVR快速補償電壓跌落和輸入電壓的膨脹。圖1基于串聯(lián)電壓補償AVR的模型框圖2提出的AVR的工作原理2.1建議中的AVR的說明所提出的AVR的電源電路示于圖2，補償電壓V是由其用于

6、共同補償?shù)膯蜗嘟祲航涣鲾夭ㄆ魃?。S1，S2，S3和S4是AVR單片機的開關。T是一個變壓器，以補償輸入電壓Vi和穩(wěn)定的輸出電壓V0。NP1和NP2是初級繞組的匝數(shù)，其中，NP1NP2和NS是次級繞組的匝數(shù)。初級繞組的變壓器具有中心抽頭。濾波電容器電壓VC通過T被轉化成VC0，VR是斬波調制電壓和VL是電感的電壓。AVR的系統(tǒng)使用的PWM控制器產生和調制的PWM信號，并且控制AC斬波器的輸出端。在擬議的AVR中使用的交流斬波器的電路示于圖3。這種交流斬波由四個開關，一個電感器和電容器構成。輸出電壓可以由斬波脈沖的占空比來控制。低通濾波器用于過濾的交流斬波器的輸出

7、的諧波分量。L是濾波器的電感，C為濾波電容，RL是交流斬波器的等效電阻。由于存儲在電感中的能量，直流緩沖器CB被直接添加到功率半導體開關和吸收的能量。交流斬波器提供直AC-AC轉換而不能量存儲元件，例如一個平滑電抗器或平滑電容器。因此，AVR的尺寸和成本降低。交流斬波器補償只能從所需電壓的偏差，所以交換機降低了評分和應力有了AVRS技術的比較處理系統(tǒng)功率容量的100％。圖2提出的AVR的電源電路圖3在提出的AVR中所采用的PWM交流斬波器的電源電路在圖2中Sb1和Sb2被用作旁路開關，它是三端雙向可控硅或備份到后端連接的晶閘管和它們允許的雙向電流流動。如果短路出

8、現(xiàn)在AVR，大電流在補償