變壓器隔離全橋開關(guān)變換器的建模與應用技術(shù)研究.pdf

1、電源和電源變換是現(xiàn)代電氣和電子計算機控制的基礎，在各類電源變換裝置中，PWM開關(guān)型電源變換器結(jié)構(gòu)種類多、發(fā)展快、技術(shù)領先、便于實現(xiàn)，構(gòu)成了電源變換器中應用最廣泛的一類。隨著科技的進步和電力行業(yè)的發(fā)展，開關(guān)變換器已廣泛用于工業(yè)、交通、電力、通信、家用電器等領域，其設計與制造技術(shù)成為十分活躍的熱門技術(shù)。 開關(guān)變換器在運行過程中電路拓撲的周期切換使其成為一種特殊的非線性系統(tǒng)。開關(guān)變換器的拓撲結(jié)構(gòu)、參數(shù)的優(yōu)化和模型研究不僅能極大地降低技

2、術(shù)開發(fā)周期和費用，而且在工程應用中能促進其功率變換特性的改善，提高工作的穩(wěn)定性。本文結(jié)合工程科研項目，采用傳輸線建模數(shù)字仿真方法和神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)、遺傳算法，對開關(guān)變換器的穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性進行了深入的分析，研制出工程化樣機進行試驗驗證，證明了論文采用的分析、研究方法的科學性，所作的工作主要包括以下幾個方面： 首先，系統(tǒng)地研究了開關(guān)變換器建模技術(shù)的基本特征和研究現(xiàn)狀，分析了開關(guān)變換器經(jīng)典的建模思路、方法、各自特點，總結(jié)比較了目前變換

3、器建模技術(shù)存在的問題，提出了基于傳輸線理論的開關(guān)變換器傳輸線建模方法。 其次，研究探索開關(guān)變換器的工程設計問題，詳細分析了變壓器隔離全橋開關(guān)變換器各種工作狀態(tài)，理論推導了變換器的危險工作區(qū)間，提出了采用軟件優(yōu)化變換器主電路布局的方法。為縮短開關(guān)變換器的研制周期和研究費用，在工程設計過程中采用退火B(yǎng)P神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)建立了開關(guān)變換器設計參數(shù)與相對應的電路性能之間的非線性關(guān)系，并運用遺傳算法對開關(guān)變換器電路參數(shù)進行優(yōu)化，最后的仿真結(jié)果表

4、明通過布局優(yōu)化和參數(shù)優(yōu)化的變換器動態(tài)性能得到了明顯的改善。 基于均勻傳輸線理論的電路傳輸線模型有明確的物理意義和良好的瞬態(tài)分析特性，但其建模理論和電路元件建模技術(shù)還不成熟，因此，論文主要研究了開關(guān)變換器電路元件基于均勻傳輸線建模理論的等效傳輸線模型和等效分布參數(shù)，全面系統(tǒng)地推導了電容、電感、耦合元件和功率開關(guān)器件的傳輸線線性模型、簡化傳輸線線形模型、非線性傳輸線模型及等效電路模型，健全了電力電子電路的傳輸線動態(tài)建模技術(shù)體系，同時

5、在論文中還提出了功率開關(guān)器件的改進傳輸線模型，并通過模型傳輸線導納證明了功率開關(guān)器件改進傳輸線模型的合理性。變壓器隔離全橋開關(guān)變換器是一個復雜電力電子系統(tǒng)，在進行數(shù)字仿真時的數(shù)值穩(wěn)定性和收斂性直接影響了傳輸線動態(tài)建模技術(shù)的應用，為此，論文通過從理論上全面、詳細地分析電路元件傳輸線模型數(shù)值計算方法的局部截斷誤差、整體截斷誤差，研究了傳輸線模型數(shù)字計算方法的穩(wěn)定性、收斂性問題，完善了電力電子電路傳輸線計算機仿真模型的理論基礎。同時，針對在變

6、換器中的剛性現(xiàn)象，研究在數(shù)值計算中的變步長計算方法，為進行變換器的數(shù)字仿真打下基礎。 最后本文建立了全橋帶隔離變壓器直流變換器基于傳輸線建模理論的傳輸線模型數(shù)字仿真模型，運用MATLAB的M文件編程方法對該模型進行仿真研究。利用優(yōu)化設計和仿真結(jié)果的指導進行了工程化樣機的研制，并對工程化樣機開展了電磁兼容試驗和型式試驗研究，通過仿真結(jié)果和試驗的比對，驗證了開關(guān)變換器工程優(yōu)化設計和仿真模型的有效性。 本文的研究是在綜合國內(nèi)外