有源电力滤波器驱动保护电路的研究与设计

发布时间：2017-03-29 02:09

  本文关键词：有源电力滤波器驱动保护电路的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电能质量一直是电力系统重点关注的问题之一,以前主要对电压和频率进行研究和控制,目前谐波问题在电力系统中日益严重,危害日益突出,必须引起足够的重视,并加以有效治理。谐波抑制的方法很多,目前常用的方法是就近安装无源交流滤波器,但其有较多的缺点,本文重点分析了一种新型的,更有优势的谐波抑制装置-有源电力滤波器(APF),并对其主开关电路器件及其驱动保护电路进行研究、设计、调试。有源电力滤波器是基于瞬时无功功率理论和PWM调制技术以及现代电力电子技术发展起来的。本文详细阐述了其工作原理、分类及优缺点。通过对有源电力滤波器的全面分析可以看出,其回路是有源逆变电路,在开关器件的选择方面,比较了几种大功率电力电子器件,选择了绝缘栅双极晶体管-IGBT作为主逆变回路的开关器件,并对其基本结构和工作原理,以及基本特性和主要参数进行了详细的介绍,作为驱动保护电路设计的参考。根据IGBT驱动电路的基本要求,选择光耦隔离输出电路,采用分立元件对驱动电路进行设计,并分别对保护回路中的过电压保护、过电流保护、过热保护进行了分析设计,同时采用集成驱动芯片EXB841作为驱动保护电路的基础模块,并对其缺点进行了一些改进,形成了一个完整的对单片IGBT进行驱动保护的电路。最后利用Multisim12仿真软件对设计的电路进行了正常驱动仿真、永久过流故障仿真、瞬时过流故障仿真,都取得了比较理想的效果。最后对一个具体的有源电力滤波器驱动保护接口电路板进行设计及仿真,并进行了调试,结果良好。
【关键词】：谐波抑制 有源电力滤波器 IGBT 驱动保护电路 仿真
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN713.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 关于谐波9-10
• 1.2 谐波抑制10
• 1.3 无源交流滤波器10-11
• 1.4 有源电力滤波器(APF)11-16
• 1.4.1 有源电力滤波器的发展历史11-12
• 1.4.2 有源电力滤波器的工作原理12-13
• 1.4.3 有源电力滤波器的分类13-15
• 1.4.4 有源电力滤波器的优缺点15-16
• 1.5 本文的研究意义及工作方案16-18
• 2 主回路开关器件的选择18-29
• 2.1 主回路开关器件18-19
• 2.1.1 关于GTO的特性的描述18
• 2.1.2 关于IGBT和MOSFET的特性的描述18
• 2.1.3 选择IGBT作为有源电力滤波器开关器件的原因18-19
• 2.2 IGBT(绝缘栅双极晶体管)的介绍19-28
• 2.2.1 IGBT的基本结构和工作原理19-20
• 2.2.2 IGBT的基本特性20-26
• 2.2.3 IGBT的主要参数26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 3 IGBT驱动保护电路设计29-52
• 3.1 IGBT驱动电路的基本要求29
• 3.2 IGBT驱动电路的形式及各种驱动电路分析29-32
• 3.3 IGBT驱动回路设计32-34
• 3.3.1 输入隔离电路的设计32
• 3.3.2 输出电路设计32
• 3.3.3 栅极电阻(R_G)的设计32-33
• 3.3.4 栅射电阻及稳压管的设计33
• 3.3.5 电源与正栅极电压和负栅极电压的设计33-34
• 3.3.6 完整的驱动电路34
• 3.4 IGBT保护回路设计34-43
• 3.4.1 过电压保护35-36
• 3.4.2 过电流保护36-42
• 3.4.3 过热保护42-43
• 3.5 完整的IGBT驱动保护电路43-44
• 3.6 动保护电路的仿真44-51
• 3.6.1 仿真环境介绍44-45
• 3.6.2 常工作仿真45-47
• 3.6.3 永久过流故障仿真47-49
• 3.6.4 瞬时过流故障仿真49-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 集成驱动保护IGBT模块在APF中的使用52-59
• 4.1 IGBT器件的选择52-53
• 4.1.1 设计要求52
• 4.1.2 IGBT具体型号选择52-53
• 4.2 逆变主电路53-55
• 4.3 驱动保护接口电路板设计55-56
• 4.4 上升沿延时电路板的设计与仿真56-58
• 4.4.1 上升沿延时电路的设计56-57
• 4.4.2 上升沿延时电路仿真57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 并联型APF系统的设计和仿真59-78
• 5.1 并联型APF系统结构59
• 5.2 系统电路的设计59-65
• 5.2.1 主电路变流器设计59-62
• 5.2.2 主电路交流侧电感设计62-64
• 5.2.3 直流侧电压计算和电容选取64-65
• 5.3 电流电压检测设计65-67
• 5.3.1 电流检测电路设计65-66
• 5.3.2 电压检测电路设计66-67
• 5.4 并联型APF系统的仿真67-77
• 5.4.1 仿真环境67
• 5.4.2 并联型APF系统仿真模型67-68
• 5.4.3 主电路的仿真68-69
• 5.4.4 谐波电流检测电路的仿真69-71
• 5.4.5 补偿前电网电流仿真波形与分析71-72
• 5.4.6 补偿后电网电流仿真波形与分析72-74
• 5.4.7 数字低通滤波器截止频率对指令电流精度的影响74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-81
• 致谢81-82

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