基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器设计

发布时间：2021-02-18 12:35

　　由于在大功率传动领域内对变频器的迫切需求,本文对基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器进行设计。在介绍大功率变频器主回路多种拓扑方式的基础上,分析了基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器的拓扑结构,通过计算大功率变频器主回路的电路参数和研究两电平电压源型变频器的空间矢量调制（SVM）控制策略,来设计其硬件电路和软件系统,并且建立仿真实验来验证设计的正确性。首先,完整地介绍了交直交大功率变频器的拓扑结构,通过对比介绍了交直交变频器主回路中整流器和逆变器的多种拓扑结构方式,分析了基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器拓扑结构。并研究了 IGCT工作原理和其缓冲电路,提出了一种改进的RLCD+RCD缓冲电路,再从拓扑介绍和工作模式分析了两电平电压源型交直交大功率变频器的拓扑结构。然后,对基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器进行设计。设计了大功率变频器主回路的电路参数,其主要包括整流、滤波和逆变电路的参数设计,在计算器件的电压电流以及功率的基础上,选择所满足要求的器件型号。设计了两电平电压源型交直交变频器的SVM控制策略,其主要内容包括描述空间矢量调制的定义、开关工作... 

【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 变频器的研究背景
    1.2 大功率变频器的发展现状
        1.2.1 功率半导体器件的发展
        1.2.2 变频调制技术的发展
        1.2.3 国内外大功率变频器的发展
    1.3 本文的研究内容及所做的工作
第2章 交直交大功率变频器拓扑结构
    2.1 交直交大功率变频器结构框架
    2.2 整流器的拓扑结构
        2.2.1 多脉波二极管整流器
        2.2.2 多脉波晶闸管整流器
    2.3 逆变器的拓扑结构
        2.3.1 两电平逆变器
        2.3.2 串联H桥多电平逆变器
        2.3.3 二极管箝位式多电平逆变器
        2.3.4 多电平电容悬浮式逆变器
    2.4 本章小结
第3章 基于IGCT两电平电压源型交直交大功率变频器拓扑结构
    3.1 IGCT的结构和工作原理
        3.1.1 IGCT的分类
        3.1.2 IGCT的结构特点
        3.1.3 IGCT的工作原理
    3.2 IGCT的缓冲电路
        3.2.1 经典RLCD缓冲电路
        3.2.2 改进的RLCD+RCD缓冲电路
    3.3 两电平电压源型交直交大功率变频器拓扑结构分析
        3.3.1 拓扑介绍
        3.3.2 工作模式
    3.4 本章小结
第4章 两电平电压源型交直交大功率变频器软硬件设计
    4.1 设计思路
    4.2 大功率变频器主回路的电路参数设计
        4.2.1 整流电路
        4.2.2 滤波电路
        4.2.3 逆变电路
    4.3 两电平电压源型交直交变频器的SVM控制策略
        4.3.1 空间矢量调制的定义
        4.3.2 开关工作状态的划分
        4.3.3 空间矢量的建立
        4.3.4 作用时间的计算方式
        4.3.5 开关顺序的设计方式
    4.4 硬件设计
        4.4.1 TMS320LF2407F芯片
        4.4.2 过流过压保护电路设计
        4.4.3 直流母线电压保护电路设计
        4.4.4 逆变器温度保护电路设计
        4.4.5 EMI抑制电路设计
        4.4.6 串口通讯电路设计
        4.4.7 控制驱动电路设计
        4.4.8 缓冲电路设计
        4.4.9 电源电路设计
    4.5 软件设计
        4.5.1 系统主程序设计
        4.5.2 SVM控制中断设计
        4.5.3 控制保护程序设计
        4.5.4 系统通信程序设计
        4.5.5 人机交互程程序设计
    4.6 本章小结
第5章 仿真实验及结果分析
    5.1 仿真分析
        5.1.1 搭建SVM控制仿真模型
        5.1.2 仿真运行及频谱分析
    5.2 实验分析
        5.2.1 整流电路的输出电压波形
        5.2.2 滤波电路的输出电压波形
        5.2.3 变频器的输出波形
    5.3 本章小结
总结和展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于20MVA NPC/H桥变流器功率器件模型的研究[J]. 杨培,李崇坚.  电力电子技术. 2016(03)
[2]带Z源的高频环节AC-AC变换器[J]. 陈元娣,钱亮,朱忠尼,余明友.  电工技术学报. 2011(05)
[3]H桥型三电平IGCT逆变电路工况分析与实验验证[J]. 蔡巍,张晓锋,乔鸣忠,朱鹏.  中国电机工程学报. 2009(30)
[4]二极管钳位型多电平逆变器脉宽调制时电容电压均衡方法[J]. 李国丽,史晓锋,姜卫东,王红涛.  电工技术学报. 2009(07)
[5]高压大容量变换器中快恢复二极管的模型[J]. 易荣,赵争鸣,袁立强.  电工技术学报. 2008(07)
[6]全桥升压型高频环节AC/AC变换器[J]. 陈艳慧,陈道炼,陈秋岗.  电工技术学报. 2008(07)
[7]受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究[J]. 易荣,赵争鸣.  中国电机工程学报. 2007(31)
[8]一种基于三电平矢量调制波的多电平调制方法[J]. 姚文熙,胡海兵,徐海杰,吕征宇,赵荣祥.  电力系统自动化. 2007(07)
[9]集成门极换流晶闸管驱动电路的研究[J]. 朱长纯,吴春瑜,王颖,刘兴辉,尹常永.  西安交通大学学报. 2005(08)
[10]高频耦合AC-AC变压器的研究[J]. 张方华,严仰光.  中国电机工程学报. 2005(12)

博士论文
[1]多电平二级管钳位型逆变器电容电压平衡SVM算法及其应用研究[D]. 王姿雅.湖南大学 2014
[2]多电平变换器脉宽调制及其非线性控制方法研究[D]. 张志.华南理工大学 2010
[3]基于IGCT的中压大容量三电平NPC逆变器PWM技术和缓冲电路的研究[D]. 李海山.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005

硕士论文
[1]IGCT器件模型及拓扑结构仿真研究[D]. 严创业.华北电力大学（北京） 2005



本文编号：3039563