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零电压开关三相PWM整流器分析及调制策略研究

作　者: 马智远
导　师: 徐德鸿
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 复合有源箝位最小电压有源箝位零电压开关 PWM整理器空间矢量调制损耗分析
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

三相电压型PWM整流器,具有网侧电流功率因数高和差模电磁干扰(EMI)小等优点,是中大功率场合优选的整流器拓扑。但是,其桥臂换流时存在反并二极管的反向恢复电流,不仅产生严重的开关损耗,而且会引起EMI问题,采用软开关技术可以解决此类问题。复合有源箝位(CAC)零电压开关三相PWM整流器具有电路结构简单且采用SVM调制等优点。本文为进一步优化电路效率,建立了硬开关和CAC软开关整流器的损耗模型,并对CAC软开关整流器的谐振参数进行了优化,比较了额定功率点下硬开关和软开关整流器的损耗分布情况。给出了电网电压三相不平衡情况下适用于CAC软开关三相PWM整流器的电流控制策略,分析了电网电压三相不平衡对CAC软开关整流器的影响。设计了一台40kW的实验样机进行实验验证。本文分析了最小电压有源箝位(MVAC)零电压开关三相PWM整流器拓扑,提出了适用于该电路的SVM调制策略。该电路通过附加一个有源谐振支路即可实现所有开关管的零电压开通并抑制二极管反向恢复,辅助开关管在一个开关周期内只动作一次,开关管电压应力被箝位在直流母线电压。分析了MVAC三相PWM整流器的工作原理,推导了软开关条件。讨论了三种调制策略下的主开关管电流应力的变化及附加关断损耗的情况,建立了MVAC软开关三相整流器的损耗模型,给出了MVAC整流器软开关谐振参数的详细设计步骤,比较了不同功率点下MVAC软开关和硬开关整流器的损耗分布情况。分析了非理想电网对MVAC软开关三相整流器的影响,设计了30kW最小电压有源箝位三相PWM整流器的实验样机进行实验验证。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 研究现状  10-15
    1.2.1 直流环节软开关三相PWM整流器  10-13
    1.2.2 交流环节软开关三相PWM整流器  13-15
  1.3 选题意义和研究内容  15-18
第2章复合有源箝位三相PWM整流器效率优化  18-72
  2.1 复合有源箝位三相PWM整流器工作原理  18-29
    2.1.1 CAC三相整流器的调制策略  18-20
    2.1.2 工作阶段分析  20-24
    2.1.3 谐振过程分析  24-26
    2.1.4 电路稳态分析  26-29
  2.2 三相PWM整流器损耗分析  29-39
    2.2.1 三相PWM整流器导通损耗模型  29-32
    2.2.2 硬开关和CAC软开关整流器开关损耗模型  32-33
    2.2.3 CAC三相整流器辅助支路损耗模型  33-38
    2.2.4 三相整流器输入滤波电感的损耗模型  38-39
  2.3 复合有源箝位三相整流器谐振参数优化  39-47
    2.3.1 软开关条件的要求  40
    2.3.2 辅助开关管的损耗优化  40-42
    2.3.3 限制开关管电压应力  42-43
    2.3.4 时序条件  43-45
    2.3.5 优化结果及损耗比较  45-47
  2.4 三相PWM整流器的控制  47-59
    2.4.1 电网电压三相对称时的控制  47-53
    2.4.2 电网电压三相不对称时的控制  53-59
  2.5 非理想电网对复合有源箝位整流器的影响  59-64
    2.5.1 调制比的变化  59-60
    2.5.2 对软开关条件的影响  60-61
    2.5.3 对辅管关断占空比D_0的影响  61
    2.5.4 对开关管电压应力的影响  61-62
    2.5.5 最优谐振参数下不平衡度的影响  62-64
  2.6 实验验证  64-71
    2.6.1 实验条件  64
    2.6.2 主电路结构设计  64-66
    2.6.3 实验波形  66-71
  2.7 本章小结  71-72
第3章最小电压有源箝位三相PWM整流器  72-97
  3.1 CAC调制策略下软开关条件存在的问题  72-78
    3.1.1 软开关谐振阶段分析  72-78
    3.1.2 软开关条件分析  78
  3.2 与最小电压有源箝位单相PFC的区别  78-84
    3.2.1 最小电压有源箝位单相PFC工作原理  79-83
    3.2.2 三相与单相软开关条件的对比  83-84
  3.3 适用于MVAC三相整流器的SVM调制方法  84-88
  3.4 MVAC三相PWM整流器理论分析  88-96
    3.4.1 工作阶段分析  88-91
    3.4.2 谐振过程分析  91-93
    3.4.3 软开关条件分析  93-96
  3.5 本章小结  96-97
第4章最小电压有源箝位三相PWM整流器效率优化  97-119
  4.1 三种调制策略下的电流应力和损耗比较  97-101
    4.1.1 固定一相桥臂直通  97-99
    4.1.2 三相桥臂同时直通  99-100
    4.1.3 三相桥臂轮流直通  100-101
  4.2 MVAC三相PWM整流器损耗分析  101-106
    4.2.1 MVAC三相整流器开关损耗模型  101-102
    4.2.2 MVAC三相整流器辅助支路损耗模型  102-106
  4.3 MVAC三相PWM整流器谐振参数优化  106-113
    4.3.1 软开关条件与谐振电感附加电流I_(add)  106-108
    4.3.2 谐振时间  108
    4.3.3 辅助开关管关断占空比D_0  108-110
    4.3.4 谐振参数设计步骤  110-112
    4.3.5 损耗比较  112-113
  4.4 非理想电网对MVAC三相整流器的影响  113-114
  4.5 实验结果  114-118
    4.5.1 实验条件  114-115
    4.5.2 实验波形  115-118
  4.6 本章小结  118-119
第5章总结与展望  119-120
参考文献  120-125
附录  125-134
  附录A 公式推导过程  125-132
  附录B 样机照片  132-134
攻读硕士期间的成果  134-135
致谢  135

零电压开关三相PWM整流器分析及调制策略研究

内容摘要

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