电力电子变压器介绍
0、前言电力电子变压器PowerElectro
icTra
sformer简称PET作为一种新
型的能量转换设备，与传统的变压器相比，具有体积小、重量轻、空载损耗小、不需要绝缘油等优点。它是集电力电子、电力系统、计算机、数字信号处理以及自动控制理论等领域为一体的电力系统前沿研究课题，通过电力电子器件和电力电子变流技术，对能量进行转换与控制，以替代传统的电力变压器。1、基本原理
PET的设计思路源于具有高频连接的ACAC变换电路其基本原理见图1即通过电力电子变换技术将变压器原边的工频交流输入信号变换为高频信号经高频变压器耦合到副边后再经电力电子变换还原成工频交流输出。因高频变压器起隔离和变压作用因铁心式变压器的体积与频率成反比所以高频变的体积远小于工频变压器其整体效率高。
f图1电力电子变压器基本原理框图PET的具体实现方案分两种形式一是在变换中不含直流环节即直接ACAC变换其原理是在高频变压器原边进行高频调制在副边同步解调二是在变换中存在直流环节通常在变压器原边进行ACAC变换再将直流调制为高频信号经高频变压器耦合到副边后在副边进行DCAC变换。比较两种方案后种控制特性良好通过PWM调制技术可实现变压器原副边电压、电流和功率的灵活控制有望成为今后的发展方向。2、研究现状自1970年美国GE公司首先发明了具有高频连接的ACAC变换电路后很多科研工作者对各种不同结构的具有高频连接的ACAC变换器进行了深入的探讨和研究并提出了PET的概念。美国海军和美国电力科学研究院EPRI的研究小组先后提出了一种固态变压器结构KoosukeHarada等人也提出了一种智能变压器他们通过对高频技术的使用使变压器体积减小实现恒压、恒流、功率因数校正等功能。早期的PET的理论和实现研究由于受当时电力电子器件和功率变换技术发展水平的限制所提出的各种设计方案均未能实用化特别是在可用于实际输配电系统10kV以上的PET的研究方面进展不大。进入20世纪90年代国外在这一研究领域中取得了一些新进展提出了新的技术方案并制作了与配电系统电压等级相当的实验室样机。如美国密苏里大学在ABB和爱默生公司资助下对电力电子变压器进行了研究，完成了10kVA，7200V／240V的实验样机，但仅实现了基本的电压变换功能和对输入的功率因数控制。另外，设计时为减小对开关器件的应力，输入采用多个变流器串联工作，使
f系统的可靠性大大降低，当其中任意一个器件出现故障都会导致工作异r