基于虚拟矢量控制的NPC三电平逆变器中点电位与损耗研究

发布时间：2017-08-11 02:05

  本文关键词：基于虚拟矢量控制的NPC三电平逆变器中点电位与损耗研究

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【摘要】：中点箝位型三电平逆变器自1981年被日本学者提出之后,迅速地应用于中高压、大功率领域。该拓扑结构与传统两电平的拓扑结构相比,具有明显的优势,器件承受的电压仅为后者的一半,输出波形得到改善。但三电平逆变器中,功率器件的个数要多于两电平,随着功率器件的增多,损耗也急剧增加,散热问题变得不容忽视。同时,中点电位不平衡是NPC三电平逆变器一直存在的问题。本文针对以上两个问题进行了研究,主要研究内容如下：1、介绍了NPC三电平逆变器常用的调制策略的基本原理,如SPWM、 SVPWM等调制方法的基本原理,重点对SVPWM调制策略进行了研究。2、针对NPC三电平逆变器直流侧中点电位不平衡问题,本文对NPC三电平逆变器的拓扑结构、工作原理进行了分析,介绍了空间矢量的分布。在此基础上,重点对最近三矢量法(NTV),最近虚拟三矢量法(NTV2)进行了讨论。3、针对虚拟矢量调制策略增加了功率器件损耗的问题,分析了损耗的主要来源。本文在虚拟矢量调制的基础上进行了改进,对中矢量、小矢量进行虚拟。对两对小矢量分配了两个不同时间调节因子,同时引入电压调节系数。准确的计算时间调节因子,更合理地分配矢量的作用时间,增强对中点电位的控制能力。利用三电平SVPWM策略与三电平SPWM策略的调制波等效关系,对损耗等指标进行了分析。将一个周期内开关矢量的切换转换为三个电平状态的切换,一定程度上减小了器件的损耗,使系统的工作效率有所提高。4、本文搭建了NPC三电平逆变器的主电路和功率器件的驱动电路。对SVPWM、NTV2调制方法进行了中点电位的仿真与实验分析,对NTV以及改进的NTV2进行了损耗的仿真与实验分析,仿真结果和实验结果都验证了方法的可行性与有效性。
【关键词】：NPC三电平 SVPWM 中点电位 损耗
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外关于三电平的研究现状10-12
• 1.3 中点电压平衡控制技术研究现状12-13
• 1.4 功率器件损耗模型研究现状13
• 1.5 论文的主要研究内容13-15
• 第二章 中点箝位型三电平逆变器的控制策略15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 正弦脉宽调制方法15-16
• 2.3 空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略16-25
• 2.3.1 最近三矢量法17-20
• 2.3.2 虚拟矢量法20-23
• 2.3.3 SPWM与SVPWM两者本质关系23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 NPC三电平逆变器中点电位平衡问题研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 NPC三电平逆变器的拓扑结构及工作原理26-29
• 3.3 中点电位不平衡的机理分析29-30
• 3.4 最近三矢量法中点电位控制30-32
• 3.5 基于改进虚拟矢量的NPC三电平逆变器中点电位控制32-37
• 3.5.1 虚拟矢量算法33-34
• 3.5.2 改进的虚拟矢量算法34-37
• 3.6 占空比的计算37-39
• 3.7 仿真结果分析39-41
• 3.8 本章小结41-42
• 第四章 基于改进虚拟矢量的NPC三电平逆变器损耗分析42-56
• 4.1 引言42-43
• 4.2 功率器件工作状态分析43-45
• 4.2.1 p状态与o状态的切换43-44
• 4.2.2 o状态与n状态的切换44-45
• 4.3 功率器件开关过程的分析45-48
• 4.3.1 IGBT的开关过程45-46
• 4.3.2 二极管反向恢复过程46-48
• 4.4 IGBT模块的散热模型48-50
• 4.5 损耗分析50-52
• 4.5.1 开关损耗的计算与分析50-51
• 4.5.2 通态损耗计算及分析51-52
• 4.6 仿真分析52-55
• 4.7 本章小结55-56
• 第五章 NPC三电平逆变器系统设计及实验研究56-63
• 5.1 引言56
• 5.2 主电路及驱动电路设计56-58
• 5.3 信号采样调理电路设计58
• 5.4 DSP-FPGA控制电路设计58-60
• 5.5 实验结果60-63
• 5.5.1 中点电位的实验波形60-61
• 5.5.2 损耗的实验波形61-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 附图表69-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72

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本文编号：653688