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零电压开关三相PWM整流器分析及调制策略研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-03  浏览次数:761
核心提示: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。

【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。

【学位授予单位】:浙江大学

【学位级别】:硕士

【学位授予年份】:2011

【分类号】:TM46

【目录】: 摘要5-6

Abstract6-7

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_0108-110

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

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