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一种桥式无源无损三相PWM功率逆变器的研究

作　者: 韩烨
导　师: 冯健
学　校: 东北大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 软开关无源无损 PWM控制逆变器
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,随着PWM逆变器的发展,功率变换器的设计出现了根本的变化,它从笨重庞大的工频变压器变成了体积小重量轻的高密度功率变换器,变换器的整体效率也大大提高,这有利于PWM逆变器的设计及推广应用。然而,随着我国工业的发展和能源需求的增加,高效节能的变频器成为人们研究的热点。传统的逆变技术成熟可靠、应用广泛,但存在体积大、音频噪音大、系统动态特性差等缺点,功率逆变器的设计中软开关技术被认为是一种先进的技术。为了解决传统缓冲电路存在的损耗,提出了无损软开关技术,根据有无辅助开关器件,无损软开关技术分为有源无损软开关技术和无源无损软开关技术。有源无损缓冲电路虽然能降低开关损耗,但结构和控制都比较复杂。无源无损软开关技术不仅能减少开关损耗、削弱噪声,而且电路简单,成本低,可靠性高,近年来得到了广泛的关注和研究。软开关逆变器主要通过辅助开关器件控制谐振过程,控制方式复杂并且不易实现。对此本文研究了一种吸收式软开关拓扑,实现了主开关管的零电流开通和零电压关断,此电路拓扑的特点是桥臂上下管共用同一开通吸收电感和关断吸收电容,在优化主吸收结构的基础上,添加了少量的电感和二极管元件,实现了附加元件的最小化,又以电容构造电压源,实现了能量回馈及吸收元件复位。在分析整理相关研究文献的基础上,对软开关逆变器技术的发展现及状做出了较为详细的综述,论文主要研究工作如下：首先,分析了一种无源无损三相PWM逆变器的拓扑结构,通过开关管的各个状态分析了此拓扑结构的工作原理和工作过程。建立起数学模型并求解了主要参数值。通过理论分析验证了此电路可以实现开关器件的软开关,并能实现能量的回馈,为后续的研究提供了理论基础。其次,通过分析此电路软开关的工作条件设计了SPWM的控制策略,只要调制度符合零电压开关和零电流开关的条件,就能实现开关管的软开关。随后对三相无源无损软开关逆变器进行了仿真研究,与传统的逆变器仿真结果进行了比较分析,并对此结构进行了频谱分析,通过仿真验证了控制策略的正确性。最后,指出了理论研究和实际应用中存在的问题,对下一步研究工作进行了展望。

全文目录

中文摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 问题的提出及研究意义  11-12
  1.2 PWM逆变器的发展  12-17
    1.2.1 电力电子技术的发展概况  12
    1.2.2 PWM逆变器的发展现状  12-14
    1.2.3 逆变电路的基本原理  14-15
    1.2.4 PWM控制的基本原理  15-17
  1.3 软开关技术的提出  17-21
    1.3.1 硬开关工作状态分析  17-18
    1.3.2 软开关工作状态分析  18-20
    1.3.3 软开关技术的发展  20-21
  1.4 本文主要研究内容  21-23
第2章无源无损三相PWM逆变器  23-41
  2.1 软开关三相PWM逆变器  23-30
    2.1.1 直流环节谐振型逆变器  23-25
    2.1.2 极谐振型逆变器  25-30
  2.2 无源无损软开关技术  30-34
    2.2.1 有源软开关技术  30
    2.2.2 无源软开关技术  30-31
    2.2.3 无源无损软开关技术  31-34
      2.2.3.1 无损软开关技术  31-32
      2.2.3.2 有源无损软开关技术  32-33
      2.2.3.3 无源无损软开关技术  33-34
  2.3 无源无损软开关设计原则  34-39
    2.3.1 开关管的零电流开关  35-37
    2.3.2 开关管的零电压开关  37-39
    2.3.3 开关管上的电压电流应力  39
  2.4 无源吸收技术  39-40
  2.5 本章小结  40-41
第3章桥式无源无损PWM逆变器拓扑结构  41-59
  3.1 电路拓扑结构分析  41-42
  3.2 工作原理分析  42-52
    3.2.1 分析假定  42-43
    3.2.2 工作过程描述  43-52
  3.3 对电路的分析与总结  52-55
    3.3.1 死区存在对电路工作状态的影响  52-55
    3.3.2 各个器件的电压电流应力总结  55
  3.4 软开关PWM逆变器的调制策略  55-58
  3.5 回路参数设置  58
  3.6 本章小结  58-59
第4章桥式无源无损三相PWM逆变器仿真  59-73
  4.1 Matlab仿真工具简介  59-60
  4.2 硬开关与软开关电路仿真  60-66
    4.2.1 硬开关与软开关电路仿真模型的建立  60-63
    4.2.2 硬开关与软开关电路动作仿真结果  63-65
    4.2.3 硬开关与软开关电路输出仿真结果  65-66
  4.3 软开关与硬开关逆变器比较分析  66-70
    4.3.1 逆变器输出电流分析  66
    4.3.2 逆变器输出电流电压频谱分析  66-70
  4.4 本章小结  70-73
第5章结论与展望  73-75
  5.1 论文结论  73
  5.2 进一步的研究展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-81
攻读硕士期间取得的成果  81

一种桥式无源无损三相PWM功率逆变器的研究

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