1电力电子变换器

电力是现代工业的动力，而电力电子学使得电力的应用更加智能化。电力电子学主要研究电能的处理。就电能自身来说，它对人类是无用的。它必须转换成可以被人类和社会直接利用的能量形式，比如热，光，声音以及机械能。电力电子学的重点在于电能的转换，转换的效率以及电能的控制。电源提供电力，变换器把电力转换成适合接收器的可用的形式，接收器使用电力，即从系统中带走电力。变换器系统由开关，电抗性元件电感，电容和变压器组成。开关包括双端器件如二极管和三端器件如晶体管或晶闸管（硅控整流器）。一个较通用的电力电子变换器系统往往包含不止一个输入电源和一个或多个输出变量。基于电源的形式和理想的输出特性的种类，电力电子变换器可以分为4类：

1. 交流-交流变换器

2. 直流-直流变换器

3. 交流-直流变换器

4. 直流-交流变换器

电力电子变换器广泛应用到能源、通信、计算机、家用电子产品和航天等领域中,随着应用范围的不断拓展,负载类型的多样性对其动态性能和稳态性能要求越来越高,特别是对变换器的输出跟踪的准确性和快速性提出了更高要求。电力电子变换器属于典型的开关非线性系统,现有的线性PID控制技术已经无法满足其高性能的要求。因此,除了不断的优化变换器的拓扑结构外,采用先进的控制理论,保证变换器准确的跟踪、稳定的输出以及较好的动态性能成为人们关注的重点。而随着非线性控制理论的不断发展,将非线性控制理论应用于电力电子变换器的控制中,提高其性能将具有重要的理论意义和实际价值。这里我们专门针对1.交流-交流变换器中应用广泛的单相/三相变换技术进行讨论，并且采用自抗扰控制技术进行详细研究。

2开发背景和意义

随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，社会整体用电量呈现快速上升趋势。另外，随着高速铁路的发展，其用电需求量也越来越多，然而，电力铁道牵引供电系统一般采取单相供电，然后经过变换器将单相电源变换为三相电源，供机车内的三相电机和其他设备使用。不仅是在电气化铁道牵引系统，在许多工业电力系统和居民用电系统中存在着单线电源供电，而系统中的负荷为三相负荷。对于海岛新建的电力系统和偏远地区，由于供电密度低且供电容量有限，从经济性方面考虑不适宜建设三相供电系统，因此，采取单相供电，对于其内部的三相负荷，如三相感应电机需经过单相一三相变换器供电，而对一些发出为三相交流的分布式电源，如风力发电系统、微型燃气轮机发电系统等，需要经过三相/单相变换器接入单相系统。

但是采用单相电源向三相负荷供电存在电能质量问题。例如，铁道牵引系统存在着用电功率大、用电集中、谐波含量高且不平衡性高，农村地区负荷功率因数低等问题。在早期电气化铁路中，采用劈相机或电动一发电机组将单相电变换为三相电，该技术较为简单，但变换器体积大、噪声大、且维护成本较高。近些年来随着功率器件的发展以及变流器控制技术的成熟，采用单相变三相的变换器得到了广泛应用，大大提高了单相变三相的变换的效率，改善了供电质量。由以上分析可知，我们迫切需要找到一种高效的单相电源裂相为三相电源的技术来解决单相电源向三相负荷供电的难题，对此国内外研究人员进行了大量研究。

3发展历史、现状及趋势

针对单相电源如何变换为三相电源的问题，国内外学者以及各大生产厂家作了很多的研究，且一直致力于研制出一种性价比高，易于维护且质量可靠的单相一三相变换装置。纵观国内外的研究经验，目前常用的单相变三相技术有:移相法、电动一发电方式、劈相机、单相变三相变流器等。

(1)移相法