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多模块输入串联输出并联组合变换器的研究

作　者: 郁春雷
导　师: 王慧贞
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电机与电器
关键词: 直流变压器零电压开关损耗分析输入串联输出并联输入均压输出均流
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
引　用: 4次
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内容摘要

随着能源日益枯竭以及电力电子和控制技术的发展,风力发电将得到长足的发展。对于非并网风力发电系统,高输入电压DC-DC变换器的研究是其关键技术之一。而多模块输入串联组合变换器非常适用于高输入电压、大功率的直流变换场合。为了保证该变换器可靠工作,必须确保每个模块输入端均压。本文首先介绍了非并网风力发电的发展以及输入串联输出并联( Input-Series Output-Paralleled, ISOP)组合变换器在解决高压输入的优势;然后对一种典型的隔离直流变压器——半桥(Half-Bridge, HB)直流变压器(Direct Current Transformer, DCT)进行了研究,详细分析了这种零电压开关(Zero Voltage Switching, ZVS)半桥直流变压器的工作原理,并在此基础上进行了仿真和实验研究,制作了一台320W的原理样机,并给出了实验结果。研究表明,该变换器具有结构简单,在一定负载范围内可实现开关管的零电压开通和关断,软开关效果好,变压器磁芯利用率高,变换效率高。在此基础上,本文以半桥直流变压器为基本模块,三个模块在输入端串联、输出端并联组成多模块输入串联输出并联组合变换器,详细分析了此变换器的工作原理,对HB-ISOP组合变换器固有的输入均压、输出均流的特性进行分析,对这种组合变换器中的参数(包括输入桥臂电容的容值、变压器匝比、漏感Lr、占空比D、管压降等参数不一致以及起动的先后和输入电压突变、输出负载突变)对输入端均压的影响,进行仿真分析,同时设计并调试了1KW的样机。通过实验结果,验证了这些参数对输入均压效果的影响程度。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章绪论  15-26
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 方案的选取  16-24
    1.2.1 IGBT 串联应用  16-18
    1.2.2 多电平直流变换器  18-19
    1.2.3 多模块输入串联组合变换器  19-24
      1.2.3.1 拓扑的选取  20-21
      1.2.3.2 控制方法的选取  21-24
  1.3 本课题研究的意义  24-25
  1.4 本文研究的主要内容  25-26
第二章半桥直流变压器的设计与研究  26-46
  2.1 引言  26
  2.2 直流变压器的基本概念  26-28
    2.2.1 直流变压器的定义和功用  26
    2.2.2 直流变压器的基本电路结构  26-27
    2.2.3 理想直流变压器的基本要求  27-28
  2.3 半桥直流变压器  28-35
    2.3.1 电路拓扑与工作原理  28-31
    2.3.2 变换器输出特性  31-32
    2.3.3 ZVS 开通条件  32-33
      2.3.3.1 漏感L_r 取值对变换器的影响和ZVS 开通条件推导  32-33
    2.3.4 变换器损耗分析  33-35
      2.3.4.1 原边主开关管损耗  33-34
      2.3.4.2 变压器损耗  34
      2.3.4.3 副边整流二极管损耗  34-35
      2.3.4.4 控制部分损耗  35
      2.3.4.5 线路损耗  35
  2.4 主电路参数设计  35-38
    2.4.1 主要技术指标  35
    2.4.2 分压电容C_1、C_2 的选取  35-36
    2.4.3 变压器的设计  36-37
    2.4.4 功率器件的选择  37-38
    2.4.5 输出滤波电容的选择  38
  2.5 控制电路设计  38-40
    2.5.1 频率、死区、软起动设计  38-39
    2.5.2 驱动电路  39-40
  2.6 实验结果  40-45
    2.6.1 主要实验波形  40-41
    2.6.2 效率测试  41-45
  2.7 本章小结  45-46
第三章多模块输入串联输出并联变换器的设计与研究  46-59
  3.1 电路结构  46-47
    3.1.1 基本模块介绍  46
    3.1.2 主电路拓扑介绍  46-47
  3.2 均压均流原理分析  47-49
    3.2.1 均压原理分析  47-49
    3.2.2 均流原理分析  49
  3.3 起动过程分析  49
  3.4 各参数对输入端均压的影响仿真分析  49-57
    3.4.1 参数的选择  49
    3.4.2 起动过程对输入均压的影响  49-51
    3.4.3 输入桥臂电容容值不一致对输入均压的影响  51
    3.4.4 变压器原副边匝比不一致对输入均压的影响  51-52
    3.4.5 变压器原边漏感不一致对输入均压的影响  52-53
    3.4.6 占空比不一致对输入均压的影响  53-54
    3.4.7 管压降不一致对输入均压的影响  54-56
    3.4.8 输入电压突变对输入均压的影响  56-57
    3.4.9 负载突变对输入均压的影响  57
  3.5 本章小结  57-59
第四章 1kW 样机的设计和实验结果  59-71
  4.1 主要技术指标  59-60
  4.2 实验结果及分析  60-70
    4.2.1 两模块实验结果及分析  60-63
      4.2.1.1 参数一致实验分析  60-61
      4.2.1.2 输入桥臂电容容值不一致实验分析  61-62
      4.2.1.3 漏感不一致实验分析  62-63
      4.2.1.4 占空比不一致实验分析  63
    4.2.2 三模块实验结果及分析  63-70
      4.2.2.1 起动过程实验分析  63-66
      4.2.2.2 参数一致实验分析  66-67
      4.2.2.3 输入桥臂电容容值不一致实验分析  67-68
      4.2.2.4 漏感不一致实验分析  68
      4.2.2.5 占空比不一致实验分析  68-69
      4.2.2.6 突加突卸实验分析  69-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章结束语  71-72
  5.1 全文总结  71
  5.2 后期工作展望  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76

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