翻譯-非對稱和對稱的嵌入式Z源逆變器

1、本科畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯專 業(yè): 電氣工程及其自動化班 級: 電氣081503 日 期: 2012年6月14日 非對稱和對稱的嵌入式Z源逆變器摘要：本研究講述了兩種嵌入式Z源逆變器，每種又進一步分為非對稱和對稱的兩種講解。不同于常規(guī)的逆變器，這里講到的逆變器有自己的直流電源嵌入在X型的阻抗網(wǎng)絡(luò)中，從而達到在不需要額外硬件的情況下完成電流或電壓濾波，因此避免了安裝硬件時伴隨的控制和諧振難題。我們所提到的逆變器中可以發(fā)現(xiàn)一些無源或有源的原件，它們可以降低直流端的電壓或電流，間接的降低系統(tǒng)總體成本。這些明顯的優(yōu)勢在應(yīng)用中是必要的，如光電和燃料電池能源的利用，這些優(yōu)勢也已經(jīng)在一個有逆變雛形的實驗室

2、通過模擬和實驗得到肯定。1介紹兩級和多級構(gòu)造的電源逆變器目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大功率的直流-交流逆變中，包括直流電機驅(qū)動，再生能源界面和不間斷電源設(shè)備。在這些設(shè)備中，逆變器有時也要具備升降壓的能力，尤其是在清潔能源利用這個領(lǐng)域，在大電壓范圍時補償因環(huán)境、氣候和地理變化引起的不可預(yù)見的電壓波動是必要的，為了達到運行的靈活性，最簡單最常用的拓撲構(gòu)造采用，它將一個直流-直流的逆變器和一個直流-交流的電壓源逆變器連接在一起。雖然這種方法是可行的，但是因為使用兩個逆變器它們的性能不能再盡可能減少總體預(yù)算的情況下互相協(xié)調(diào)達到最優(yōu)化。作為一個替代，單級Z源逆變器在1-17中被提及，它明白的顯示Z源逆變器通過在輸

3、入電源和逆變器電路間引入一個不一般的LC阻抗網(wǎng)絡(luò)，使它獲得了電壓調(diào)整的靈活性。除此之外，插入的阻抗網(wǎng)絡(luò)有保護逆變器的相位免受短路故障甚至無死區(qū)延遲的有點。隨著時代的發(fā)展，關(guān)于Z源逆變器的進步伴隨著許多不同方向的學(xué)術(shù)報告，包括其調(diào)制2-4，建模12，13，控制15-17和其他拓撲發(fā)明（電流拓撲14和三級拓撲8,9）。盡管取得了這些進步，但是插入阻抗網(wǎng)絡(luò)的方法仍然沒有改變，不用說這就意味著網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在原理功能上是很好的。事實上，不幸的是仔細查看現(xiàn)有的一些網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，如果沒有明確的硬件濾波器附加在電源后會從直流電源產(chǎn)生斬波電流。該斬波電流不僅提高半導(dǎo)體的額定電流，而且使最大功率點的跟蹤變得復(fù)雜，這個最大

4、功率點跟蹤是為了大多數(shù)可再生能源而設(shè)定的。因為有上述難題，一些新的阻抗結(jié)構(gòu)被學(xué)者們討論18，在他們當中，最有前景的是嵌入式阻抗的理念。簡而言之，嵌入式理念指的是適當?shù)脑贚C阻抗網(wǎng)絡(luò)中插入直流電源以獲得優(yōu)勢，這是之前沒有定義過的，同時不損壞電壓增益的靈活性。建立在這種新的嵌入式理念的基礎(chǔ)上，許多替代逆變器的拓撲集體命名為嵌入式Z源逆變器，在確定他們在模擬和實驗中的性能時做了充分的調(diào)查。2傳統(tǒng)的Z源逆變器如圖1，1中提到的原始的Z源逆變器是由一個對稱的LC阻抗網(wǎng)絡(luò)和一個輸入二極管D代替?zhèn)鹘y(tǒng)逆變器直流連接處的電容器。對于雙向和輕負載運行這些不好的狀態(tài)在19中略去討論，二極管D必須被一個帶有反平行的二

5、極管開關(guān)代替，它已經(jīng)在9中解釋。但是不管是否使用二極管或是有源開關(guān)，逆變器的相位現(xiàn)在都會因為打開了每相各自的兩個開關(guān)而短暫的安全，只要在阻抗網(wǎng)絡(luò)存在的情況下。這種短路狀態(tài)在文獻中叫做短通狀態(tài)，代表了被Z建立的附加的升壓能力。圖1 傳統(tǒng)的Z源電壓型逆變器更詳細的研究短通狀態(tài)，一個數(shù)據(jù)顯示當逆變器進入短通狀態(tài)時二極管D就會自然的抑制紋波。那就意味著一個每當逆變器運行在升壓模式下都會形成斬波電流。對于可再生能源的利用，這里更需要平穩(wěn)的電流，斬波電流當然可以通過附加一個輸入電源和阻抗網(wǎng)絡(luò)間的低通濾波器過濾掉。這樣明顯的方法不幸的提升了系統(tǒng)總的成本，因為增加的LC濾波元件帶來了更多的諧振使得設(shè)計復(fù)雜了。

6、因此代替明確的增加濾波器，一個代替濾波卻又不會增加系統(tǒng)復(fù)雜度的理念被提出來了。簡而言之，這個理念要求在原始的阻抗網(wǎng)絡(luò)中嵌入電源，以完成在沒有添加其他功能的前提下完成濾波。之前論證了這種理論如何在實際中實現(xiàn)，一個對于原始的Z源逆變器的操作描述對于隨后比較嵌入式理念很有幫助，因此在這里提前提及。首先圖2a顯示的等效電路呈現(xiàn)了原始Z源逆變器的非短通狀態(tài)，使用一些一般的簡化來代替逆變電路，用電源代替負載，用短路來代替輸入二極管D。對于簡化等效電路相應(yīng)的電壓關(guān)系可以寫為（假設(shè)且） （1）無論是在有源狀態(tài)還是零狀態(tài)式（1）都成立。圖2b顯示的是短通等效狀態(tài)后的階段，簡化的是用短路代替逆變直流連接，用開路代

7、替輸入二極管D。電壓表達式為 （2）利用式（1）和式（2），通過平均感應(yīng)電壓至零，最終得到電容電壓，直流連接峰值電壓和直流輸出電壓峰值為 （3）其中M代表常規(guī)調(diào)制指數(shù)，B代表短通運行時的升壓因數(shù)，表示短通占空比。從式（3）中得出簡單的通過設(shè)置B1就可以實現(xiàn)電壓的提升。另一方面，如果在降壓運行時，B通過讓M從1降低到0就可以簡單的實現(xiàn)與逆變器輸出的減少保持統(tǒng)一。事實上，B沒有必要保持為1，但它通常是首選的，因為不必要的半導(dǎo)體電壓和開關(guān)對二極管D的損耗會相應(yīng)的減少。圖2傳統(tǒng)Z源逆變器等效電路a非短通狀態(tài) b短通狀態(tài)數(shù)學(xué)上確認其升壓的能力后, 下一步是可用于嵌入到逆變狀態(tài)序列適當短通狀態(tài)的技術(shù)進行調(diào)

8、查，這里的序列是指在沒有引入正常化的電壓-半導(dǎo)體錯誤和額外的交換裝置的情況下。用于說明目的，序列在2 中提出，并在圖 3 中繪制的序列作為例子，在零有源和有源有源轉(zhuǎn)換每半個載體周期出現(xiàn)的三個短通間隔畫出的圖。實現(xiàn)這種插入的簡便方法是在每相分別使用兩個調(diào)制，如圖 3 中顯示的，高的和低的分別代表高的SX開關(guān)和低的SX開關(guān)，其中。這里引用和為例，前者引起SA打開，而之后后者導(dǎo)致SA關(guān)閉。在SA和SA打開的中間間隔嵌入零狀態(tài)-有源狀態(tài)的過渡。在B和C中使用同樣的短通嵌入方法，整個逆變調(diào)制總結(jié)如2。 (4)在14中提到，式（4）也可以用來控制Z源電流型逆變器和本文講的嵌入式Z源逆變器，因為它們的工作原

9、理基本相同。作為前者，簡短的評論是為了建立一個比較的基準，后者將從第三節(jié)開始介紹，這里強調(diào)了電源替換獲得巨大的功能優(yōu)勢。圖3 控制Z源逆變器的開關(guān)順序如圖4，展示的Z源電流型逆變器除了在輸入源和接近末端的逆變電路中包括一個X型的阻抗網(wǎng)絡(luò)外與傳統(tǒng)的電流源逆變器很相似。加入的阻抗網(wǎng)絡(luò)允許末端逆變橋進入通路狀態(tài)，它是在所有的二極管D自然的偏離使得所有的開關(guān)關(guān)閉時觸發(fā)的狀態(tài)。這個新的開通狀態(tài)，當與傳統(tǒng)的非開通狀態(tài)與零狀態(tài)一起時，允許逆變器輸出電壓逐漸降低，如果要求，除了一般的通過傳統(tǒng)的電流源逆變器提高電壓。圖4 傳統(tǒng)Z源電流型逆變器理論上，我們不難發(fā)現(xiàn)，Z源電流型逆變器產(chǎn)生相同的電流增益表達式，如（3

10、），相應(yīng)的電流量取代了其相應(yīng)的電壓量?？紤]到在輸入和輸出端功率平衡相應(yīng)的電壓增益的表達式可以推導(dǎo)出下。除了數(shù)學(xué)方程，調(diào)節(jié)電流型逆變器的控制方法也已經(jīng)發(fā)表，同時最簡單的使用電子邏輯建立的順序圖如圖3所示，在14中提到。這個映射原理同樣可以應(yīng)用到嵌入式中的電流型逆變器在下一節(jié)討論，因為它們共享相同的控制原則，雖然他們是不同的拓撲。3電容并聯(lián)嵌入Z源逆變器分析短通和非短通運行原則，一般的結(jié)論是從直流輸入源流出的電流并不是持續(xù)穩(wěn)定，甚至在短通間隔偶爾會降至零。這個電流斬波性質(zhì)反過來作為不適當?shù)目刂谱兞勘惶岢鰜?，特別是在線性控制器和最大功率追蹤器使用時。有時，它也可能阻礙系統(tǒng)的反應(yīng)和降低輸入源的壽命，特

11、別是聯(lián)系到可再生能源的利用時。雖然有效，但增加濾波器通常提高了系統(tǒng)的成本，并使系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜，因為很多諧振模型進入到系統(tǒng)中。因此，而不是僅僅依靠外部濾波器，其他隱式電流平滑機制是首選的，它是一個簡單而有效的概念引進。這個概念稱為嵌入式阻抗的概念，并在這里使用多個逆變器設(shè)計案例進行說明。3.1非對稱拓撲變體在此文件中提出的第一個嵌入式的Z源逆變使用非對稱電容并聯(lián)嵌入式阻抗網(wǎng)絡(luò)，繪制如圖 5a所示，圖中指出的另一點是電路通過使用尾端非對稱電容并聯(lián)嵌入式橋而不是常見的電流源橋。不用說，非對稱電容并聯(lián)嵌入式橋在左邊二極管阻斷情況下允許逆變器承擔(dān)傳統(tǒng)六個有效和三個零狀態(tài)（如果要求雙向運行，可以在二極管中

12、附加一個開關(guān)）。非對稱電容并聯(lián)嵌入式橋阻抗網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)也允許逆變器承擔(dān)新的開路狀態(tài)，通過操作二極管D關(guān)掉所有的非對稱電容并聯(lián)嵌入式橋開關(guān)。事實上，這些開關(guān)狀態(tài)是相類似于第2節(jié)中的傳統(tǒng) Z源電流型逆變器的。盡管如此相似，但是明確確認在每個開關(guān)周期沒有其他錯誤狀態(tài)是很重要的。為了確定，三個允許開關(guān)狀態(tài)依次被檢查，反過來，非通路空狀態(tài)的開始，其等效電路如圖6。簡單研究該第一電路將揭示其有關(guān)的感應(yīng)電壓表達式如（5），其是正極的，推斷該感應(yīng)電流正在線性增長。圖5 a非對稱的嵌入式電容并聯(lián)逆變器b對稱的嵌入式電容并聯(lián)逆變器圖6 非對稱的嵌入式電容并聯(lián)逆變器的等效電路a零狀態(tài)b導(dǎo)通狀態(tài)c開路狀態(tài) （5）從零狀

13、態(tài)過渡到運行狀態(tài)，等效電路圖如圖6b所示，輸出源會是變?yōu)殡妷涸葱投请娏髟葱?。電流源逆變橋的即時直流輸出通常與一個濾波電容行相連，在逆變器的直流連接處可以看到，至少在每個開關(guān)周期表現(xiàn)為近似恒定電流源。新建立的感應(yīng)電壓表達式，如式（6），清楚的給出了電壓上升運行的負值，因為它的直流連接電壓總是大于和。負極感應(yīng)電壓之后將感應(yīng)電流返回給它們的穩(wěn)態(tài)值。 （6）考慮到新的開路狀態(tài)，這些等效電路如圖6c所示，相關(guān)的感應(yīng)電壓在式（7）中為負值。 (7)作為負極，當它們在阻抗網(wǎng)絡(luò)周圍循環(huán)時，這些電壓將迫使感應(yīng)電流線性降低?，F(xiàn)在，假定所有的三個狀態(tài)都在開關(guān)周期內(nèi)，由上面推出的等式得出結(jié)論零狀態(tài)將會引起感應(yīng)電流的

14、上升，然而開路狀態(tài)則會引起感應(yīng)電流的上升。的改變?nèi)Q于它們各自的持續(xù)時間，從式（5）和（7）得出電壓幅度是一樣的。如果是正的，逆變器則會通過產(chǎn)生比大的，以至于在運行狀態(tài)下的感應(yīng)電壓為負值。這無疑相當于升壓模式，其產(chǎn)生的負感應(yīng)電壓將迫使正值在開關(guān)周期末降至零。雖然這個方案在理論上是可行的，但事實上并非如此，因為以方式運行的電壓更為盛行，不論被使用的斷路指示器的狀況如何。所以鑒于替代,在和兩種方案中，其中一種幾乎與結(jié)論圖相同。更確切地說，的值將通過變壓器自然降低或等于。這反過來又會導(dǎo)致任何一套正數(shù)或零電壓在活動時間間隔結(jié)束時順利使變?yōu)?。對于這些情況，在圖6a和b中等效電路中的二極管D將不會錯誤地

15、從關(guān)閉“跳”到開通，因為正向電壓的通過，以表示，始終是負電壓降壓操作模式，由推斷的電容并聯(lián)嵌入式Z源逆變器的整體精度保存在電壓降壓和提高操作模式。另一點值得注意的是，擬議的電容并聯(lián)嵌入 Z源逆變器預(yù)計將共享相同的增益表達式，作為傳統(tǒng)的電流型Z源逆變器（14中發(fā)現(xiàn)的數(shù)學(xué)細節(jié)），因為他們的開關(guān)狀態(tài)引起了同樣的數(shù)學(xué)公式。事實上，電容并聯(lián)嵌入的逆變器可以被視為電流饋變頻，因為在物理上尾端與三階段電流源逆變器橋相關(guān)聯(lián)，其輸入直流電源，可以通過并聯(lián)電容器和電流源，在圖7中由第二個電路的演示得出。電容并聯(lián)嵌入的電源逆變器的第三個來源安排與傳統(tǒng)的Z源逆變器由二階輸入過濾條件相比，仍然使用一個較小的濾波電容，因

16、為電容需要的是提供一個現(xiàn)有的Z源網(wǎng)絡(luò)電容器，如上圖7。圖7 圖5中嵌入式電容并聯(lián)逆變器的等效源代表3.2 對稱拓撲的變體圖5a中的拓撲結(jié)構(gòu)是不對稱的，因為只有一個分流有一個直流電源嵌入式，而另一個只有一個存儲電容。雖然它已被證明逆變器的交流輸出，但是這種不對稱無意中導(dǎo)致不平衡的電應(yīng)力。為了便于說明，電壓升壓操作模式被認為是，在輸入二極管D時始終是開路。由于D現(xiàn)在不導(dǎo)電，電流通過電感的電流，與串聯(lián)連接，通常總是零。另一方面，通過的電流提供直流電源，這肯定是通常的非零電壓，它的能量轉(zhuǎn)移到外部交流負載。因此，即使，電流應(yīng)力和兩個Z源電感所經(jīng)歷的熱耗散是不同的。為了更好地平衡工作條件，如圖5b所示，對

17、稱結(jié)構(gòu)被推薦為替代方案，其中現(xiàn)由第二個具有相同電壓的直流源取代。這樣做不會影響電壓增益表達式，但將只能平衡所需的和的額定電流。乍一看，兩個直流電源的要求可能會出現(xiàn)嚴重的缺點，但是進一步考慮之后，配置兩個直流電源可能并不困難，如果多個源單位，如太陽能光伏板，燃料電池和蓄電池可以利用的話。配置的來源最好是平等的，以平衡阻抗網(wǎng)絡(luò)的電應(yīng)力。然而，這并沒有一個嚴格的要求，因為任何輕微的不平衡被有意或無意地引入，只會在阻抗網(wǎng)絡(luò)時吸收一些比其他組件稍高的壓力?；驹瓌t毋庸贅述，它與平穩(wěn)運行的對稱的電容并聯(lián)嵌入式逆變器相類似，其中只使用一個來源（第二，可以被看作是0V電源）。因此，只提供必要的設(shè)計，以應(yīng)付不平

18、衡，通過它可以偶爾從高至低電壓源流經(jīng)并聯(lián)電容器電流的流動路徑?？稍偕茉吹睦?，其中可再生能源電力通常是單向的發(fā)電機，這一點尤為重要。4. Z源逆變器感應(yīng)嵌入式系列為了將電源嵌入分流器，第二種可能是將電源插入有Z源感應(yīng)器的系列，以獲得嵌入式感應(yīng)系列Z源逆變器，這是一種操作原理和優(yōu)勢都超過了傳統(tǒng)和電容并聯(lián)嵌入式Z源逆變器。以下將對其進行詳細介紹。4.1非對稱的拓撲轉(zhuǎn)化從圖8a可以看出，只需一股直流電就可使不對稱嵌入式感應(yīng)系列運行，因為其不對稱性，Z源電容器和所承受的電壓是不平行的。數(shù)學(xué)上來說，這種電壓容量的不平衡和其他的增加公式，可以通過分析表示非短通線路（圖8b）和短通線路（圖8c）的相同電路

19、來獲得。大概的演示這種解析，然后在最初電壓的基礎(chǔ)上增加，可表示為下：圖8 非對稱嵌入式感應(yīng)系列Z源逆變器a拓撲布局b非短通等效電路c短通等效電路4.1.1二極管D控制的非短通 (8)4.1.2阻塞二極管的擊穿 （9）通過引用零設(shè)計平均電壓，然后引起兩個電容電壓，表示如下： （10）式（10）中很清楚的顯示出在整個的擊穿過程中V的值大于V的值（0T/T0.5）。盡管，非對稱電極逆變器的輸入到輸出的電壓增益與傳統(tǒng)的Z源逆變器一樣，也可以被（3）式中的第一個和第二個表達式表答。非對稱電極逆變器也就沒有什么重大成果，甚至是它增加了隱源過濾，被它的Z源電感器影響，不使用外部濾波器。4.2對稱拓撲變體不平

20、衡的電容電壓是由于非對稱電極逆變器可以添加第二個和L2串聯(lián)的直流源，除了原始源與L1串聯(lián)。因此產(chǎn)生的對稱拓撲顯示在圖9a，一個最顯著的特征是每個電源的電壓是0.5V的V，而不是圖8b中的V，由于兩個電源是緊密的聯(lián)系在一起，當在沒有擊穿時可向外部交流負載提供能量（見圖9b）。數(shù)學(xué)表達式表明這一系列的連接圖9對稱嵌入式感應(yīng)系列Z源逆變器a拓撲布局b非短通等效電路c短通等效電路4.2.1二極管D控制的非短通 (11)4.2.2二極管D阻塞的短通 （12）在一個開關(guān)期間平均電感電壓至0，然后給出隨著Z源逆變器上升的電容電壓的表達式 （13）連同比較式（13）和式（3）中的第一個表達式清楚的表示出電容電

21、極逆變器的電壓承受能力小于傳統(tǒng)Z源逆變器。由于分子（13）固定在0.5V，表示（1-T/T），從1變化到0.5，T/T從0變化到1。概念解釋這種低電壓承受能力是由于公共電壓之間的電源盒電容器，因此允許低電壓出現(xiàn)在Z源電容中。同樣的解釋也可以應(yīng)用于非對稱電極逆變器如圖8a，圖中只有一個電容電壓是嵌入式直流電源。因此一個電容電壓V顯得更小，而公共電容電壓V也出現(xiàn)類似，表現(xiàn)出傳統(tǒng)Z源逆變（見式10）。通過式（11）列出的方程式，來代替式（13）進入非擊穿區(qū)，直流和交流的峰值電壓被推導(dǎo)出，實際上發(fā)現(xiàn)與表達式（3）中的第二個和第三個式子相似。因此，這里提出的逆變器是總結(jié)產(chǎn)生相同的電壓增益，而在同一時間，

22、提供優(yōu)點，低電容電壓承受力和流暢的電流過濾完全由兩類液晶元件。5.其他的特性進行比較早期的數(shù)據(jù)證明和討論已經(jīng)證實：嵌入式Z源逆變器組件壓力和內(nèi)部源過濾更少，而傳統(tǒng)的Z源達到相同的輸出則壓力和內(nèi)部源過濾會增加。除了這些早期討論過的特性，其他一些特性，例如LC選擇、半導(dǎo)體壓力、光譜性能和動態(tài)響應(yīng)是感興趣的，因此這里提出一些比較。如果數(shù)學(xué)推導(dǎo)或理論的解釋是冗長的，則只是展示比較完整的嵌入式電感系列和傳統(tǒng)電壓型Z源逆變器的比較說明，而不是結(jié)合各自傳統(tǒng)的電容并聯(lián)嵌入式和嵌入式電感系列兩個Z源逆變器。這部分演示認為已經(jīng)足夠，因為電容并聯(lián)嵌入式和傳統(tǒng)的當前類型的Z源逆變器的比較僅僅是對嵌入式電感系列和傳統(tǒng)電

23、壓型Z源逆變器的比較說明的重復(fù)，因此不需要被顯示地重復(fù)。5.1LC參數(shù)選擇目前,阻礙了傳統(tǒng)Z源逆變器應(yīng)用的最重要的因素，是在被動元件中發(fā)現(xiàn)了X形的LC阻抗網(wǎng)絡(luò)。通過確定適當?shù)拇笮碓噲D減少他們的阻擾作用,這是相當重要的,以前的研究者年齡在文獻9,19,21中有提到。這些調(diào)查結(jié)果也同樣適用于嵌入式Z源逆變器,它使用相同的X形阻抗網(wǎng)絡(luò)，特別之處是后者由一個或兩個電源嵌入其中，由此來過濾并降低LC電壓/電流壓力。考慮到將嵌入式電感系列逆變器作為一個例子，第一控制的法則選擇足夠大的Z源電容和便提供所需數(shù)量的能量儲存。有足夠大的電容器也有助于相對自然電壓源更偏向于阻抗網(wǎng)絡(luò),使之更好地采用在橋梁尾端加一個

24、感應(yīng)負載。在確認所需的功放、電感和的大小,這樣輸入二極管在非短通狀態(tài)將不是無意阻塞,當它發(fā)生了,將會產(chǎn)生那些在文獻19中講到的額外的不必要的開關(guān)狀態(tài)。這意味著二極管電流的細紋認為必須始終在0以上當在非短通狀態(tài)時（在圖8a和圖9a中）。因為被重寫為非對稱的嵌入式電感系列：對稱的嵌入式電感系列： （14）這里是平均電感電流（由于平均電容電流是零），是電流控制的峰值，是交流電流的峰值，也是流進非直通逆變橋的直流電流的最壞情況的值，由于電感電流也是源電流，它的值可以通過考慮直流和交流決定 （15）這里和分別直流電壓的峰值和由交流負載決定的功率因數(shù)。一個紋波電流可以代替式（15）和（14）的負載需要推導(dǎo)

25、Z源電感。例如嵌入式電感系列逆變器的脈動電流計算需要可以結(jié)合以下非直通間隔的紋波方程（16）獲得最終的關(guān)于測量L的公式（17）。 (16) (17)在這里提出了一個評論，使用與傳統(tǒng)Z源逆變器相同的分析方法，雖然中間的一些表達式不相同，但推出同樣的控制等式（17）。這種結(jié)果是期望遇到的，因為這說明嵌入式的概念沒有改變原始逆變器的特性，盡管它為逆變器的優(yōu)勢中添加了隱式電源濾波和低電消耗元件。5.2半導(dǎo)體等級在描述前兩章所講的嵌入式逆變器的操作原理之前，有一個重點需要特別指出，那就是嵌入式逆變器的直流連接電計量與其他逆變器直流電計量是相同的。以傳統(tǒng)的電壓時逆變器和離子選擇性Z源變換器為例，當發(fā)生轉(zhuǎn)換

26、時，直流電電壓強度保持不變。具體內(nèi)容在第三節(jié)中間部分有解釋。同樣在轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，這兩種逆變器產(chǎn)生的最大電流壓力也是相同的。這二者在同一相位上打開時所產(chǎn)生的直通電流量也是決定壓力值大小的關(guān)鍵。我們可以根據(jù)圖中所給出的他們各自的電路圖，從而推斷出相關(guān)電流應(yīng)力公式，如這個公式將計算使用的電流的兩倍這層意思，簡單的表達了出來。接下來需要考慮的是在兩種逆變器中均存在的二極管問題，通過我們再一次清晰地發(fā)現(xiàn)，不管是在短通情況或者非短通情況下，他們有相同的最大電壓和電流壓。5.3波形特征嵌入式Z源逆變器的輸出波形，事實上不是我們所想的那樣，與其他傳統(tǒng)意義上的逆變器相差甚遠。文中的第二部分已經(jīng)將相似之處作了簡要解

27、釋，其中，圖3提出了通過電流式變體來控制傳統(tǒng)式和嵌入式Z源逆變器的相同的調(diào)制方案，而這一方案唯一需要的一套數(shù)字邏輯，用以羅列合適的電流源逆變器獲得的信號。正是因為他們有相同的調(diào)制辦法和相同的切換狀態(tài)類型，所以他們的波形幾乎是一模一樣的。文中的第6節(jié)將會對此作出解釋。5.4動力響應(yīng)傳統(tǒng)的Z源逆變器的動力響應(yīng)早在12中就已經(jīng)研究過，它也明確指出傳統(tǒng)的Z源逆變器是擁有半平面零點的非最小相位實體。而身為最小相位實體，逆變器最初是沿著與基準源電路相反的方向輸出的，但隨著時間的推移，它最終會趕上基準源電路。這就相當于，假設(shè)基準源電路輸出環(huán)節(jié)增加小小的一步，變換器實際的輸出也會相對滯后，它需要一段時間以后才

28、能和基準源電路同步。這一現(xiàn)象與傳統(tǒng)的Z源轉(zhuǎn)換器自身具備的兩種特性密切相關(guān)，這兩種特性分別是直流現(xiàn)象和交流現(xiàn)象。Z源前源的電阻網(wǎng)絡(luò)與直流現(xiàn)象息息相關(guān)，并且這種現(xiàn)象已經(jīng)通過執(zhí)行小信號理論得到證實。直流現(xiàn)象的影響很小，通常可以忽略不計，只考慮交流即可。為了解釋交流現(xiàn)象，可以參考圖10里的變化情況，顯示一個短的零狀態(tài)期以便于最大化逆變器的輸出，同時保持半導(dǎo)體的應(yīng)力接近3, 4。下面介紹增加輸出的方法，即延長直通時間，并相應(yīng)減少的運行時間。延長可增加電壓的輸出，但只能在一段時間后，即在Z源電容器和在充電以達到更高的穩(wěn)定狀態(tài)值時才能感覺到。另一方面減少，會導(dǎo)致逆變器的輸出電壓會由于每秒的電壓平均值下降而迅

29、速下降。整體預(yù)期反應(yīng)是，在逆變器輸出電壓向更穩(wěn)定更高的值增加前電壓只會在最初時下降。相同的現(xiàn)象也再一次發(fā)生在了嵌入式電感系列Z逆變器的直流現(xiàn)象上，但并不明顯，因為他們使直流前端增加的小信號與傳統(tǒng)形式是幾乎一樣的。在交流電的后端，相同的短通和非短通形式再一次使用，這說明先前與圖10相關(guān)聯(lián)的描述也適用于嵌入式電感系列逆變器。嵌入式電感系列逆變器同時也是非最小相實體，與傳統(tǒng)的Z源轉(zhuǎn)換器顯示相同的動力學(xué)原理。這更加證明了嵌入式電感系列的吸引力，因為他們再一次被證明即使新的優(yōu)勢被引入他們的表現(xiàn)也沒有下降。圖10 增加短通時間來提高逆變器輸出電壓的步驟說明最后，這里引起的一個討論就是非最小相傳統(tǒng)的和嵌入式

30、的Z源轉(zhuǎn)換器都可以通過采取合適的閉環(huán)控制被分解，該理論目前是建立在現(xiàn)有的控制理論基礎(chǔ)上的，例如我們發(fā)現(xiàn)在15里面對傳統(tǒng)的雙閉環(huán)控制的應(yīng)用。新的專為Z源轉(zhuǎn)換器設(shè)計的控制理論目前仍為空缺。因此控制學(xué)的發(fā)展并沒有繼續(xù)闡述，留給以后調(diào)查研究。6模擬和實驗結(jié)果在非對稱和對稱的嵌入式電感系列逆變器在實驗測試沒有實現(xiàn)之前，使用融合了PLECS的Matlab/Simulink仿真平臺對拓撲結(jié)構(gòu)進行驗證。對于電容并聯(lián)嵌入式逆變器建立的仿真模型，它的輸入電壓設(shè)置為，假定它的阻抗網(wǎng)絡(luò)為,。從5.1小結(jié)推出，在較大電感級聯(lián)在電流源逆變橋的末端之前，它的選擇相對于自然電流源更取決于網(wǎng)絡(luò)，它的作用是在連接的直流負載的開關(guān)

31、頻率為5千赫茲時，變頻直流供電。從5.1節(jié)得出電容器的選擇取決于大小，主要目標是保持逆變器不在19中描述的不被期望的狀態(tài)下。通過設(shè)置控制參數(shù)開始，對稱的電容并聯(lián)嵌入式逆變器最初編程使其運行在升壓模式，得到的結(jié)果如圖11。正如預(yù)期的那樣，交流電源峰值達65V，比傳統(tǒng)的逆變器產(chǎn)生的最大電壓還高。重設(shè)控制參數(shù)，進行降壓運行，仿真波形如圖12，峰值電壓23.5比傳統(tǒng)模式下的最大電壓34.5要低。在去掉直流電流源實現(xiàn)非對稱電流源逆變時，同樣的結(jié)果在再仿真中出現(xiàn)，如圖13和14。仔細分析得出，不論是對稱還是非對稱的逆變器產(chǎn)生同樣的交流波形。唯一的不同是，不穩(wěn)定的感應(yīng)電流流過非對稱Z源逆變器的電感，相比之下

32、，較穩(wěn)定的感應(yīng)電流流過對稱的逆變器。圖11對稱的電容并聯(lián)嵌入式電容電壓濾波、開關(guān)電流、電流和電流仿真圖12 對稱的電容并聯(lián)嵌入式電容電壓濾波、開關(guān)電流、電流和電流仿真圖13 非對稱的電容并聯(lián)嵌入式電容電壓濾波、開關(guān)電流、電流和電流仿真圖14 非對稱的電容并聯(lián)嵌入式電容電壓濾波、開關(guān)電流、電流和電流仿真與電容并聯(lián)嵌入式逆變器相似，ISC逆變器的可靠性也可在實驗室通過物理硬件平臺進行測試之前通過仿真得到驗證。在仿真和模擬實驗中用到的參數(shù)是一樣的，即。在較大電容連接在VSI橋的末端之前，它的選擇相對于自然電壓源更取決于阻抗網(wǎng)絡(luò)，如5.1節(jié)提到的。另一方面電容的選擇要滿足電流紋波約束條件，要求保持逆變

33、器不在19中提到的不被希望的運行模式下。進一步說明的是盡管找到最優(yōu)或最小LC值得的計算方法已經(jīng)形成，測試得到的不是最小值，但是發(fā)現(xiàn)在實驗室現(xiàn)有的元件中可以選擇出滿足操作限制的。除電源階段，采用簡單的LF444運算放大器芯片和LM311比較器芯片設(shè)計一個調(diào)制器板。在VSI橋中發(fā)現(xiàn)上拉比較器的輸出接著一個由6個IR2183芯片構(gòu)成的可以驅(qū)動開關(guān)的驅(qū)動板。一個通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器負責(zé)建立參數(shù)和載體的數(shù)字信號發(fā)生器來控制調(diào)制器。完成實驗的建立后，將測試中的得到的一些數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)它們很接近。因為它們非常相似，表達的信息幾乎相同，在這里只將實驗結(jié)果進行全面的介紹。從對稱的配置開始，圖15和圖16

34、分別表示當和時的實驗結(jié)果。前者表示當直流連接電壓時的升壓運行狀態(tài)，通過線電壓增加的高度來反應(yīng)，升到，后者則表示當直流連接電壓保持輸入電壓為60V時的降壓運行狀態(tài)。從表達式（3）看出，兩種情況下交流電的質(zhì)量比為，從圖15和圖16可以看出在峰值交流電流后確實獲得了相同的比率。圖15對稱嵌入式電感系列實驗線電壓，相電壓，線電流 圖16對稱嵌入式電感系列實驗線電壓，相電壓，線電流 移除重復(fù)的實驗直流源,如圖17和18顯示記錄了相同的電壓源下不對稱嵌入式電感系列逆變器的結(jié)果,并加深了推導(dǎo)的結(jié)論。在圖8唯一的非典型特征中指出這些數(shù)據(jù)是正極抵消相電壓、測量輸出終端之間的相角和陰極的輸入二極管D間的相角。這種正極的偏移量是正當?shù)牟黄降仍斐傻?，而電壓出現(xiàn)在兩個Z源電容器(事實上,它們對應(yīng)了正負兩極的振幅觀察相角電壓)。要更好地說明這種失衡，圖19和20通過相應(yīng)的為對稱和不對稱的嵌入式電容系列逆變器分別在兩個Z源電容和電感電流間展示了