电子变压器之发展概况

电力电子变压器(zui初叫做固态变压器)的概念早在 20 世纪 70 年代初就被提出。1970 年，美国 GE 的 W.Mc Murray 在他申请的一项专利中首先提出了一种包含高频变压器的电力电子拓扑电路。1980 年，美国海军在一个项目中提出了一种由 AC/AC 的降压变压器构成的固态变压器。1995 年，美国电力科学研究院(EPRI)提出了另一种 AC/AC 结构的降压变换器型电力电子变压器拓扑结构。这种拓扑由于是直接交交型变换结构，中间没有使用高频变压器，因而成本较低，且开关器件数也较少。但由于该结构中不存在变压器，因而其原方和副方之间并不能实现电气隔离。

1996 年，日本人 Koosuke Harada 提出了一种智能变压器的概念，这种变压器主要是通过高频技术来提升变压器铁芯材料的利用率，并以此减小系统的体积。另外，该变压器还通过电力电子变换技术及控制技术实了功率因数校正、恒压和恒流等功能。其研究成果在一个200V/3k VA 的实验装置上得到了实现，开关频率达到了 15k Hz，但仍存在效率稍低的缺点，大概在 80%～90%左右。

20 世纪 90 年代末，电力电子技术的快速发展加快了电力电子变压器领域研究的前进步伐，国外在电力电子变压器的研究上也取得了一定的进展。特别是在工业配电系统中，一些新的电力电子变压器的研究方案也在这时得以提出，并进行了实验验证。美国德州 A&M 大学的 Moonshik Kang 和 Enjeti 首先提出了一种基于直接 AC/AC 变换的电力电子变压器的结构，此后 1999 年 Ronan 和Sudnoff 提出了一种三级结构组成的电力电子变压器拓扑结构，它主要由输入级、隔离级和输出级这三部分组成，这种方案的特点在于输入级可以采用多级的功率模块进行串联，因而输入电压可以被均分到每个模块上，从而降低了单个功率模块上所承受的电压应力。

简单的变压器是由闭合的导磁体和二个绕组组成，其中一个绕组与交流电源相连接，称为初级绕组Np，另一个绕组可以与负载相连接，称为次级绕组Ns。

如果初级绕组与交流电压Ui的电源相连接，变压器处于空载，在初级绕组中产生交变电源Io， Io称为空载电流。这个电流建立了沿磁芯磁路而闭合的交变磁通，磁通同时穿过初级绕组和次级绕组，在初级绕组中产生自感电动势E1，次极产生互感电动势E2，则E1：E2=Np：Ns。Np为初级绕组匝数，Ns为次级绕组匝数。

变压器在电子线路中起着升压、降压、隔离、整流、变频、倒相、阻抗匹配、逆变、储能、滤波等作用。