一种无电压尖峰的改进型分裂Δ源逆变器*

doi:10.11985/2024.01.025

电气工程学报 ›› 2024, Vol. 19 ›› Issue (1): 235-242.doi: 10.11985/2024.01.025

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一种无电压尖峰的改进型分裂Δ源逆变器^*

房绪鹏(), 孙翔飞(), 张胜男, 赵冰冰

山东科技大学电气与自动化工程学院青岛 266590

收稿日期:2023-01-22 修回日期:2023-06-10 出版日期:2024-03-25 发布日期:2024-04-25
通讯作者: 孙翔飞，男，1995年生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子技术及应用。E-mail：965456709@qq.com
作者简介:房绪鹏，男，1971年生，博士，教授。主要研究方向为阻抗源变流器及其应用，现代电力电子技术在电力系统、电气传动和新兴能源利用方面的应用等。E-mail：xpfang@sdust.edu.cn
基金资助:
山东省重点研发计划资助项目(2019GGX103049)

An Improved Split Δ-source Inverter without Voltage Spikes

FANG Xupeng(), SUN Xiangfei(), ZHANG Shengnan, ZHAO Bingbing

College of Electrical Engineering and Automation, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590

Received:2023-01-22 Revised:2023-06-10 Online:2024-03-25 Published:2024-04-25

摘要/Abstract

摘要：

针对传统Δ源逆变器(Δ-source inverter，DSI)存在着开关管有较大的电压尖峰、高增益下输出电能质量差的问题，在分裂Δ源逆变器(Split Δ-source inverter，SDSI)的基础上，加入电压箝位单元，提出了一种改进型分裂Δ源逆变器(Improved split Δ-source inverter，ISDSI)，研究了它的拓扑结构与工作状态，重点分析了其稳态升压特性与消除电压尖峰过程，并计算了各开关器件的电压应力。新提出的拓扑保留了SDSI升压占空比和调制因数同向调整的优点，这有助于改善高增益下输出电能质量。此外，新拓扑消除了开关管电压尖峰，降低了开关管和二极管的电压应力。Matlab/Simulink软件仿真和样机试验的结果验证了变换器的性能，证明了所提逆变器能够有效解决Δ源逆变器存在的突出问题。

关键词: 逆变器, 电压尖峰, 高电压增益, 电压箝位单元

Abstract:

Aiming at the problems of the Δ-source inverter(DSI) of large voltage spike of the switch and poor output power quality under high gain, a voltage clamping cell is added on the basis of the split Δ-source inverter(SDSI), and an improved split Δ-source inverter(ISDSI) is proposed. The topological structure and working state of the inverter are studied, the steady-state voltage boosting characteristics and the process of eliminating voltage spikes are analyzed, and the voltage stress of each switching device is calculated. The proposed topology retains the advantages of SDSI boost duty ratio and modulation factor adjustment in the same direction, which helps to improve the output power quality at high voltage gain. The results of Matlab/Simulink software simulation and prototype experiment verify the performance of the converter, and prove the proposed inverter can effectively solve the outstanding problems existing in Δ-source inverter.

Key words: Inverter, voltage spike, high voltage gain, voltage-clamp cell

中图分类号:

TM464

房绪鹏, 孙翔飞, 张胜男, 赵冰冰. 一种无电压尖峰的改进型分裂Δ源逆变器^*[J]. 电气工程学报, 2024, 19(1): 235-242.

FANG Xupeng, SUN Xiangfei, ZHANG Shengnan, ZHAO Bingbing. An Improved Split Δ-source Inverter without Voltage Spikes[J]. Journal of Electrical Engineering, 2024, 19(1): 235-242.

图/表 11

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参考文献 20

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名称	改进型分裂Δ源逆变器	分裂Δ源逆变器	Δ源逆变器
电压增益B	$1+\frac{\frac{{{N}_{2}}}{{{N}_{3}}}}{1-D}$	$\frac{1+\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{3}}}}{1-D}$	$\frac{1}{1-\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{3}}}D}$
电容电感数目	1个三绕组耦合电感 2个电容	1个三绕组耦合电感 1个电容	1个三绕组耦合电感 1个电容
开关和二极管数目	6个开关管 5个二极管	6个开关管 4个二极管	6个开关管 1个二极管
绕组间的关系	N₂=N₁+N₃ (N₂>N₁>N₃)	N₂=N₁+N₃ (N₂>N₁>N₃)	N₁=N₂+N₃ (N₁>N₂>N₃)
开关管最大电压	${{V}_{\text{C}}}$	${{V}_{\text{C}}}$	$\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{2}}}{{V}_{\text{C}}}-\frac{{{N}_{3}}}{{{N}_{2}}}{{V}_{\text{in}}}$.
二极管最大电压	${{V}_{\text{C}}}$	${{V}_{\text{C}}}+\frac{{{N}_{2}}-{{N}_{3}}}{{{N}_{3}}}{{V}_{\text{in}}}$	$\frac{{{N}_{1}}}{{{N}_{3}}}{{V}_{\text{C}}}-{{V}_{\text{in}}}$

参数	数值
输入电压V_in/V	24
开关频率f/kHz	10
调制系数M	0.6
耦合电感匝数比电容C、C₁/μF 滤波电容C_f/μF 滤波电感L_f/mH 负载电阻R/Ω	20∶30∶10 470，3.3 22 1 100

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