两级式单相博尔塔拉干式变压器输入电流低频纹波分析及抑制

　　2月46标志码：A学科分类号：470.40两级式单相博尔塔拉干式变压器输入电流低频纹波分析及抑制王建华（1.东南大学博尔塔拉干式变压器工程学院，江苏省南京市210096；2.金华电业局，浙江省金华市322100；3.航空电源航空科技重点。

　　两级式单相博尔塔拉干式变压器架构单相系统的瞬时输出功率不是恒定的，它在一个直流分量的基础上叠加了一个2倍系统频率2/ac的交流分量。不考虑博尔塔拉干式变压器功率转换时效率损失，单相博尔塔拉干式变压器负载邮 箱：1262980066@qq.com的直直变换器输入功率中含有较大的低频脉动分量，不同于传统阻性负载的直直变换器在闭环工作时呈现的恒功率特性。对于该脉动功率，通过对变换器控制，理论上有3种处理方式：1）将该脉动功率转移至第三方储能装置；2）容许该脉动地 址：山东聊城经济开发区华山路南首30号功率以脉动电流的形式出现在输入端（由输入端电源提供）；3）容许该脉动功率出现在中间母线（由变换器自身感容储能元件平衡）。

　　处理该功率脉动一系列较好的解决方案，多属于处理方式1），但该方式往往使系统呈现多端口特性，电路本身及控制方式均较复杂。从处理方式2）的角度出发，提出直流有源滤波器方案，传统Buck类变换器及电池特性未知情况而言，并不是一个通用解决方案。处理方式3）的典型解决方案可归纳为源及有源两类，借助较大的电解电容来平滑母线电压波动，并减小该纹波电流值，但这将使得系统体积和重量很难减小。

　　加入额外电感，系统体积和重量仍法进一步减小。从控制角度对输入电流低频脉动问题作了详尽分析，基于直直变换器线性交流小信号模型研究了纹波的产生及传递机理，并提出相应动纹波抑制策略（实质是平均电流控制），在不改变电华盈非晶合金变压器有限公司路的同时有效平衡了功率脉动，是比较好的选择。但该线性交流小信号模型建立手 机：13287501888在变换器为直流博尔塔拉干式变压器的前提下，即宽限。

　　而该动纹波抑制方案的效果却依赖于变换器的不同控制宽设计，具体可按自控原理中梅森公式推导获得。

　　为输出电压米样系数；G办）为外环补偿器企业账号：1611 0032 092 00213 086增益；Fm（s）为脉宽调制（pulsewidthmodulation，PWM）调制增益；Gid（s）为输入电流对占空比的传递函数；Gd（s）为输出电压对占空比的传递函数；i（s）为电流采样系数；Gi（s）为内环补偿器增益；GiLd（S）为电感电流对占空比的传递函数；G（s）为电感电流对输出电流的传递函数。

　　由以上分析可知，前级直直变换器滤波电感设计已不同于传统阻性负载的直直变换器的电感传 真：0635-8888109器设计，后者的扰动信号频率通常为开关频率，配置ic滤波器谐振频率/.适当低于开关频率/s即可，因而通常按电感电流若干分之一连续初选电感值可以获得相对较小的体积和重量与较好的滤波效果。单相博尔塔拉干式变压器负载的直直变换器输出滤波器处理的扰动信号不仅有开关纹波，还含有2/ac=800Hz低频纹波，为了抑制低频扰动纹波，需要配置iC滤波器的谐振频率远低于800Hz，可以选取/.=24/5作为设计初始值，再折衷考虑体积和重量与4联系人：陈经理⑷的滤波效果。

　　2.2平均电流控制策略电流型控制引入电流作为控制对象，理论上可以实现对电流控制。本文引入平均电流控制模式，采样电感电流作为内环控制对象。（b）比较了Buck变换器在开环控制、单电压环控制、平均电流控制情况下4（4的幅频特性曲线。由可知，在100Hz处，来自负载电流的扰动信号不能为开环及单电压环策略所抑制，电 话：0635-8888299但可以通过平均电流控制实现有效抑制。其在100Hz处提供了-10dB的衰减，足以抑制来自负载侧的扰动纹波。

　　考虑纹波抑制的需要，系统电路及调节器设计准则需要作如下适当改进（本文采用的是典型Venable2型单零点双极点补偿网络作为外环及内环电流环控制器，其他补偿网络亦可）：直直变换器外环及内环止频率要求错开，否则环路间相互作用有可能导致变换器不能正常工作。此时进一步要求两者以100Hz为中心，相差至少10倍频，以满足⑷在中频段100Hz处的衰减效果。

　　外环截止频率/希望尽可能低。

　　电流环截止频率/在确保稳定性前提下通常愈高愈好，以改善变换器动态性能。其远高于100Hz扰动信号频率，能够提供中频段足够的衰减。

　　按如上所述设计准则，设计外环截止频率为/c=6H本公司生产的SCRBH15非晶合金干式变压器，SGBH15非晶合金变压器（10KV级），SCRBH15非晶合金卷铁芯干式变压器 S9、S11.S13系列6-35KV油浸式变压器、SCB10.SCB11系列6-35KV干式变压器、非晶合金、有载调压电力变压器等级低损耗电力变压器，技术标准严格采用国际GB1094.1、2-1996；GB/T6451-1999，并在同行中率先获得ISO9001质量体系认证证书和PCCC产品认证证书。主导产品“华盈”牌电力变压器达到同行业领先水平。公司成立以来，本着创新发展的目标，购进了先进的生产检测设备，引进了国际先进的企业管理模式和工艺，建立了高效灵敏的信息反馈系统和完整的售后服务体系。公司早在1997年就率先通过了ISO9001质量管理体系认证，并于2016年成功换版为ISO9001：2008质量管理体系认证，在2016年九月份获得ISO14001：2004环境管理体系认证，在2017年5月份获得中国国家强制性产品认证（3C认证），使产品质量有了很大的提高，产品服务更贴近于用户需求。z，电流内环截止频率/cl=2kHz，相位裕度均为40.左右，同时（s）在中频段100Hz处足够的衰减。需要指出的是，此时外环截止频率较低，使得变换器类似于功率因数校正控制器，稳定性较好，但动态性能较慢。由于两级式博尔塔拉干式变压器动态性能要由后级博尔塔拉干式变压器决定，因此该设计并不影响系统稳定性、稳态及动态性能。但在突加负载时，由于前级变换器动态响应较慢，有可能导致母线电压瞬时跌落较多，若干个工频周期后级正弦波电压出现削顶现象，其后恢复正常。

　　40dB/10倍频斜率下降，直至外环补偿器零点位干式变压器广泛用于局部照明、高层建筑 、机场，码头CNC机械设备等场所，简单的说干式变压器就是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油中的变压器。冷却方式分为自然空气冷却（AN）和强迫空气冷却（AF）。自然空冷时，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，变压器输出容量可提高50%。适用于断续过负荷运行，或应急事故过负荷运行；由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大，处于非经济运行状态，故不应使其处于长时间连续过负荷运行。置；100Hz所在中频段处4（s）幅频曲线持续平直，直至电流环截止频率/ci=2kHz为止。因此，对于给定前端变换器，有以确定外环截止频率允许最大值/co，max：此时外环截止频率要求小于/co，max=17.8Hz，以确保足够的增益衰减。

　　3仿真及（图中给出的是直直变换器半周工作电感电流，与另一半电感电流共同组合为恒定直流电流）。此时电流环截止频率/ci被推高至6kHz以获得更好的动态性能，远高于2倍输出电压频率100Hz，且外环截止频率/ra为6Hz.此时有4（-2兀-100）=-10dB，提供了足够的电流增益衰减以抑制来自输出侧的电流脉动影响。由0可知，输入电流基本平直，低频纹波分量<2%，可以实现恒功率输入。

　　1400Hz[cityname华盈做为变压器优质厂家为您郑重承诺：我们所有变压器保证全新全铜线，三年内在正常使用中出现质量问题给与保修保换，凡2000KVA以下产品全部现货供应，凡使用本公司的变压器在正常投入运行三年内一律实行三包。产品畅销、山东、新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、陕西、山西、河北、河南、黑龙江、吉林、辽宁、四川、贵州、湖北、湖南等地。365天全程为您服务!本公司秉承“以人为本，科技创新，志在超越”的崇高信念，以可靠的产品质量，优惠的价格，完善的售后服务，精益求精，追求完美，竭力欢迎新老客户垂询合作，愿与广大客户共创双赢的美好明天。 ]干式变压器样机测试波形好地被抑制到5%以下，满足规格书中输入电流15%低频纹波限制要求。

　　电压型控制为验证该方法的普适性，该分析方法及控制方案在一台600VA 28V输入115V/400Hz两级式单相航空静止变流器工程样机上进行验证，该样机前级为推挽正激直直变换器，后级为三态滞环电流控制全桥博尔塔拉干式变压器，中间母线电压。=180V（电路及控制参数未知）。测试结果如1所示，可知改进前输入电流中800Hz的25%低频纹波分量能够很4结论揭示了在两级式单相博尔塔拉干式变压器输入电流纹波抑制方面，平均电流控制要优于开环及电压型控制。

　　建立直直变换器电流反向增益模型d办），并基于其给出前级平均电流控制直直变换器电路及控制电路设计准则外环截止频率/尽可能低；电流环截止频率兄远高于两倍输出电压扰动信号频率，以提供⑷中频段足够的衰减。

　　能够实现两级式单相博尔塔拉干式变压器恒功率工作。

　　致谢航空航天大学硕士研究生李姣丽和邓翔高级工程师帮助下完成，本文作者一并表示诚感谢！