大功率IGCT交直交变频器关键技术的研究
本文关键词: IGCT 缓冲电路 换流过程 电磁能量传递 直流储能 出处:《钢铁研究总院》2016年博士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:本文针对大功率IGCT交直交变频器的器件开关特性、换流过程、电磁能量传递过程、拓扑结构衍化组合等问题进行了深入研究,研制了基于IGCT的10MVA/3.3kV NPC三电平交直交变频器和基于NPC/H桥的20MVA/6.6kV五电平变频器,完成了大功率负载实验和工程应用。论文提出了一种精确的IGCT和二极管的功能型仿真模型,研究了 IGCT器件开关过程的开通瞬态特性;研究了 RLCD、RLD+RCD、RLCD+RCD等三种不同类型缓冲电路应用时功率器件的开关瞬态特性,分析了开关瞬态过程各部件的损耗特性;提出一种新型RLCD+RCD缓冲电路的设计原则,在系统总损耗增加不多的条件下,提高变频器的最大输出容量。论文完整分析了基于IGCT的NPC三电平变频器换流过程,明确指出了变频器的换流阶段和换流路径,分析了杂散参数、二极管特性、缓冲电路、死区时间及箝位电阻等因素对换流过程的影响,推导了变频器运行过程中不同功率器件的电压、电流和损耗的分布特性。论文研究了 PWM交直交变频器的电磁能量变换传递过程,交直交变频器电磁能量变换过程依据不同的时间常数可分为电力电子器件的开关瞬态过程、交流与直流储能间的能量变换过程、交直交变频器有功能量传递过程等,提出了不同电路拓扑结构变频器中间直流储能电容的设计原则和计算公式。论文以基于IGCT器件的NPC三电平功率单元为基础,提出了多种功率单元组合衍化的变频器拓扑方案,分析了电机开绕组三电平、NPC/H桥五电平、NPC+NPC/H桥七电平等大功率变频器拓扑结构,给出了基于载波层叠的SPWM调制方式与输出谐波特性,并进一步提出了易于容量扩展、便于生产制造的超大容量交直交变频器拓扑结构衍化组合方案。基于上述研究内容,参与研制了基于IGCT的NPC三电平变频器和NPC/H桥五电平变频器,完成了器件开关瞬态测试、大功率负载测试等实验,实验结果验证了本文研究内容的正确性。
[Abstract]:In this paper, the switching characteristics, commutation process, electromagnetic energy transfer process and topology evolution combination of high power IGCT AC / DC converter are studied. A 10MVA / 3.3kV NPC three-level AC DC converter based on IGCT and a 20MVA / 6.6kV five-level converter based on NPC/H bridge are developed. High power load experiments and engineering applications are completed. A precise functional simulation model of IGCT and diode is proposed and the switching transient characteristics of IGCT devices are studied. In this paper, the switching transient characteristics of three different types of buffer circuits, RLCD-RLD, RCD-RLCD RCD, etc., are studied, and the loss characteristics of the components in the transient process are analyzed. A new design principle of RLCD RCD snubber circuit is presented, under the condition that the total loss of the system is not increased much. To improve the maximum output capacity of the converter. The paper analyzes the commutation process of the NPC three-level inverter based on IGCT, points out the converter commutation phase and commutation path, and analyzes the stray parameters. The effects of diode characteristics, buffer circuit, dead-time and clamping resistance on the conversion process are discussed. The voltage of different power devices during the operation of the inverter is derived. The distribution of current and loss. The electromagnetic energy transfer process of PWM AC / DC converter is studied in this paper. The electromagnetic energy conversion process of AC / DC converter can be divided into the switching transient process of power electronic device and the energy conversion process between AC and DC energy storage according to different time constants. AC-DC converter active energy transfer process and so on. The design principle and calculation formula of intermediate DC energy storage capacitor of converter with different circuit topology are presented. The NPC three-level power unit based on IGCT device is used as the basis of this paper. This paper presents a topology scheme of inverter with combination of various power units, and analyzes the topology structure of high power inverter, such as three-level open winding three-level converter and five-level NPC-H bridge and NPC NPC/H bridge seven-level converter. The modulation mode and output harmonic characteristics of SPWM based on carrier stacking are given, and the easy capacity expansion is proposed. Based on the above research content, the topology evolution combination scheme of super large capacity AC / DC converter is easy to manufacture. The NPC three-level inverter and the NPC/H bridge five-level converter based on IGCT are developed. The device switching transient test and high-power load test are completed. The experimental results verify the correctness of the research.
【学位授予单位】:钢铁研究总院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN773
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本文编号:1444088
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