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三相交错并联磁集成Boost变换器本质安全特性研究

作　者: 吴建鸿
导　师: 杨玉岗
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 本安特性电气特性交错并联磁集成 Boost变换器本质安全判据
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 8次
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内容摘要

应用于以煤矿为代表的易燃易爆环境下的供电电源必须要符合防爆的要求，而本质安全（本安）是理想的防爆措施，但目前本安开关电源的功率普遍不高，不能满足煤矿等危险性环境下安全生产的要求。本文将交错并联磁集成技术应用到普通单相Boost变换器中，交错并联技术能减小电路的输出电压纹波，成倍地提高输出功率，磁集成能使等效电气电感增大（等效稳态电感）来提高变换器的电气特性并能使等效本安电感（等效暂态电感）减小来提高变换器的本安特性，进一步提高输出功率，很好地解决了本安开关变换器大电感、大电容与小电感、小电容之间的矛盾，更好地满足普通单相Boost变换器的本安性能。本文以三相交错并联磁集成Boost变换器为例，首先，分析了其工作原理、耦合系数与占空比的关系以及能量传输过程，推导出它们在不同的模式下输出电压纹波和单相峰值电感电流的计算公式，并分析了它们分别与负载电阻、输入电压、自感之间的变化规律，利用Matlab进行仿真验证；接着对三相交错并联磁集成Boost变换器的输出短路放电特性和电感分断放电特性进行分析，得出非爆炸本质安全判据；最后通过对三类Boost变换器（包括普通单相Boost变换器和三相交错并联Boost变换器）对比，得出三相交错并联磁集成Boost变换器相比其他两类Boost变换器能较大地提高输出功率，更好地满足本安特性。仿真和实验的结果都证实了理论分析的正确性。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-16
  1.1 选题背景和研究意义  11
  1.2 本质安全开关变换器的概述  11-14
    1.2.1 本质安全开关电源的概述  11-12
    1.2.2 三相交错并联技术 Boost 变换器概述  12-13
    1.2.3 三相耦合电感的概述  13-14
  1.3 论文研究的主要内容  14-15
  1.4 本章小结  15-16
2 三相交错并联磁集成 Boost 变换器的电气特性分析  16-43
  2.1 工作原理与参数分析  16-20
    2.1.1 工作原理分析  16-19
    2.1.2 参数分析  19-20
  2.2 能量传输过程和工作模式分析  20-26
    2.2.1 能量传输过程  20-24
    2.2.2 工作模式分析  24-26
  2.3 工作范围和工作模式分界  26-29
    2.3.1 变换器工作范围与工作模式分界  26-27
    2.3.2 开关变换器的最小和最大临界自感  27-29
  2.4 输出电压纹波分析  29-37
    2.4.1 CISM 的输出电压纹波分析  30-31
    2.4.2 IISM-CCM 的输出电压纹波分析  31-32
    2.4.3 DCM 时的输出纹波电压分析  32-34
    2.4.4 开关变换器的最大输出电压纹波分析  34-36
    2.4.5 仿真验证  36-37
  2.5 单相电感电流分析  37-42
    2.5.1 CCM 时单相电感电流分析  37-38
    2.5.2 DCM 时的单相电感电流分析  38-39
    2.5.3 变换器最大单相电感电流分析  39-41
    2.5.4 仿真验证  41-42
  2.6 本章小结  42-43
3 三相交错并联磁集成 Boost 变换器输出本质安全特性分析  43-56
  3.1 简单电容电路和传统单通道 Boost 变换器短路放电特性  43-46
    3.1.1 简单电容电路的短路放电特性  43-45
    3.1.2 普通单通道 Boost 变换器的输出短路放电特性  45-46
  3.2 三相交错并联磁集成 Boost 变换器的输出短路释放能量  46-53
    3.2.1 输出短路释放能量的组成  46-47
    3.2.2 CCM 时变换器的输出短路释放能量  47-50
    3.2.3 DCM 时的输出短路释放能量  50-51
    3.2.4 最大输出短路释放能量  51-53
  3.3 三相交错并联磁集成 Boost 变换器的输出本质安全判据  53-55
    3.3.1 输出短路等效电容及输出短路等效电路  53-54
    3.3.2 非爆炸输出本质安全判据  54-55
  3.4 本章小结  55-56
4 三相交错并联磁集成 Boost 变换器内部本质安全特性分析  56-62
  4.1 简单电感分断放电特性  56-57
    4.1.1 电感较小时的放电过程  56-57
    4.1.2 电感较大时的放电过程  57
  4.2 三相交错并联磁集成 Boost 变换器的分断放电特性  57-58
  4.3 三相交错并联磁集成 Boost 变换器的内部本质安全判据  58-61
    4.3.1 等效简单电感电路的等效电流和电弧能量  58-59
    4.3.2 等效电阻法  59-61
  4.4 本章小结  61-62
5 三类 Boost 变换器的电气性能和本安性能的比较  62-74
  5.1 输出电压纹波和输出本安性能的比较  62-68
    5.1.1 输出本安性能的比较  62-65
    5.1.2 输出电压纹波的比较  65-68
  5.2 输出功率和内部本安性能的比较  68-73
    5.2.1 输出功率的比较  68-70
    5.2.2 内部本安性能的比较  70-71
    5.2.3 仿真与实验  71-73
  5.3 本章小结  73-74
结论  74-75
参考文献  75-77
附录A I 类电容电路临界点燃曲线  77-78
附录B I 类电感电路临界点燃曲线  78-79
作者简历  79-81
学位论文数据集  81-82

三相交错并联磁集成Boost变换器本质安全特性研究

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