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正激式高频隔离三电平逆变器研究

作　者: 徐烨
导　师: 李磊
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 逆变器 正激式 三电平 高频隔离 电力电子
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


本文试图将多电平技术推广到传统的双向电压源高频环节逆变器中去,提出了高频隔离式三电平逆变器的电路结构。本文在深入的研究正激式三电平直流变换器的基础上,提出了正激式高频隔离三电平逆变器的拓扑。该电路拓扑结构已申请中国发明专利(专利申请号：CN201310189221.3)。亥电路结构是在传统两电平正激式双向高频环节逆变器的基础上加入三电平逆变单元。在不增加原有电路拓扑复杂性的基础上,该电路拓扑具有传统两电平正激式双向高频环节逆变器的所有优点,高频电气隔离、两级功率变换(DC/HFAC/LFAC)、双向功率流。同时三电平逆变器单元的引入降低了电路拓扑中主功率开关管的电压应力,减小了输出滤波电感的大小。因此该类逆变器适用于高压直流输入的逆变场合。论文首先研究了正激式高频隔离三电平逆变器的理论基础——正激式三电平直流变换器的工作原理、工作稳态原理分析以及相关输出的推导。在此基础上推导出了正激式高频隔离三电平逆变器的电路拓扑,设计出其控制方法和控制电路、分析了逆变器四种工作模式以及各个模式下的工作状态、得到了逆变器能够正常工作时所需满足的条件、推导了逆变器外特性公式、绘制了其外特性曲线并对输出滤波器前端电压进行了谐波分析。最后将其和传统两电平正激式双向高频环节逆变器进行了比较,得到了三电平逆变单元的引入可以减小主功率开关管的电压应力的结论。通过1kVA200VDC/220V50HzAC正激式高频隔离三电平逆变器的saber仿真实验,充分证实了该逆变器的正确性和可行性。最后还制作了硬件实验样机,并进行了实验验证。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 低频环节逆变器  9
  1.3 高频环节逆变器  9-11
    1.3.1 单向电压源高频环节逆变器  10
    1.3.2 双向电压源高频环节逆变器  10-11
    1.3.3 双向电流源高频环节逆变器  11
    1.3.4 直流变换器型高频环节逆变器  11
  1.4 两电平逆变技术  11-12
  1.5 多电平逆变技术  12-13
  1.6 三电平直流变换技术  13-15
  1.7 传统的两电平双向电压源高频环节逆变技术  15-16
  1.8 本文的主要研究内容和研究意义  16-19
    1.8.1 本文的主要研究内容  16-17
    1.8.2 本文的主要研究意义  17-19
2 正激式高频隔离三电平逆变器技术基础  19-31
  2.1 正激式三电平直流变换器的电路拓扑  19-20
  2.2 工作稳态分析  20-21
  2.3 正激式三电平直流变换器能够正常工作所需的条件  21-22
  2.4 正激式三电平直流变换器稳态原理分析  22-24
    2.4.1 输出电压U_o的推导  22-23
    2.4.2 滤波电感L_f中电流脉动值的分析  23-24
  2.5 正激式三电平直流变换器的仿真实验  24-29
  2.6 本章小结  29-31
3 正激式高频隔离三电平逆变器的拓扑与原理特性  31-57
  3.1 高频隔离式三电平逆变器的电路结构及其拓扑的推导  31-34
    3.1.1 高频隔离式三电平逆变器的电路结构  31
    3.1.2 正激式高频隔离三电平逆变器的电路拓扑的推导  31-34
  3.2 正激式高频隔离三电平逆变器的控制原理  34-37
  3.3 稳态分析  37-48
    3.3.1 逆变器的四种工作模式  38-42
    3.3.2 稳态原理  42-43
    3.3.3 逆变器能够正常工作所需满足的条件  43-45
    3.3.4 逆变器稳态外特性  45-48
  3.4 输出电压谐波分析  48-51
  3.5 逆变器各功率开关管电压应力分析  51-53
  3.6 正激式高频隔离三电平逆变器与传统两电平正激式双向高频环节逆变器的比较  53-54
    3.6.1 输出滤波电感的比较  53-54
    3.6.2 主开关管电压应力的比较  54
  3.7 本章小结  54-57
4 正激式高频隔离三电平逆变器的仿真实验  57-69
  4.1 开环仿真实验  57-61
  4.2 闭环仿真实验  61-67
  4.3 本章小结  67-69
5 正激式高频隔离三电平逆变器的设计与实验  69-95
  5.1 系统组成与主功率电路  69-70
  5.2 硬件电路的设计  70-80
    5.2.1 逆变器主功率电路的设计  70-74
    5.2.2 控制电路的设计  74-80
    5.2.3 隔离驱动电路的设计  80
  5.3 软件程序的设计  80-88
    5.3.1 DSP程序设计  80-83
    5.3.2 FPGA人逻辑变换模块程序设计  83-88
  5.4 实验结果与分析  88-93
  5.5 本章小结  93-95
6 总结与展望  95-97
  6.1 总结  95
  6.2 展望  95-97
致谢  97-99
参考文献  99-103
附录  103-104

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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