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1、 浙江大学电气学院硕士学位论文大功率多电平逆变器寄生参数对电路性能影响和抑制的分析与 研究姓名：李锃申请学位级别：硕士专业：电力电子与电传动指导教师：何湘宁;邓焰20080722大功 率 电 力电 子 装 置从 研 究 到 工程 应 用，并 已取得较好 的 社会 和 经 济 效益 。但 是 在大功 率 的 多 电 平 变流 器 的 研 究 中 ，尤其在工程 应 用中 ，其电 路的 非 理想因素，对 电 路的 可 靠 运行 有 着不 可 忽 略 的 影响。其中 ，开关 损 耗 和 热 管 理设计 ，分布 参数 和 电 路瞬 态 工作 过程 ，多 电 平 电 压 平 衡 与 控 制 的 结 构 方
2、 法 等 等 ，都成 为 多电 平 变流 器 研 究 与 应 用的 关 键问 题。本文 的 工作 就是 建立在 上 述研 究 背 景 下 的 。电 力电 子 器 件 损 耗 关 系 着系 统的 温 升，决定 了 系 统所 采 取的 热 管 理方 式。本文 详细 分析 了 三 电 平 大功 率 逆变器 的 各器 件 运行 状 态 ，在 此基 础 上 推 导 了 器 件 损关 键字： ，多 电 平 逆 变器 ，器 件 损 耗 ，缓冲 电 路，杂 散电 感 甧 猯 猯 猯 瑃 琲 琣 篒 猯 第 一章绪 论 研 究 背景浙江 大学 硕 士 学 位 论文和 研 究【俊 】。 多 电 平 拓扑 应 用
3、领 域 从 最 初 的 大功率 电 机驱动， 发展到电 力无 功补装 置 漏水、断水，需 要 对 冷 却 装 置 维 护，价格 比 较贵。 电 路 分 布 参数浙江 火学 硕十学 位 论文 、 二 卜一电 感 的 电 气 特 性 。 电 感 本 身的 导 线 也 有 电 阻值，在 电 流流过电 感 时会 带 来一定 的 损 耗 。另外 还 需 要 考 虑内 部引 线 的等效 电阻和 电感； 二 极 管 在 结 附近 存 在空 認 电荷区， 由 于 空 间 电荷 区中无可 动 电荷 ， 因而 与夹在中间 的两 个 低 阻抗 秃 蚉 型中性区一起， 构成 一个 电容 器 。、猒 一卜、图 二 极
4、管 箝 位 型五 电平 逆 变 器 单 臂 电路串 联开 关 管 也 存 在开 关 管 端 压 不平衡的 现 象。 本文 的 主要 研究 内容和 研究 成果仿 真、验 证 。散 参 数的 三 电 平的 基 本换 流 电 路 。最 后 对 大功 率多 电 平变流 器 的 应 用与 设 计 做 出 了总 结和 展 望。第 二章 损 耗分析 与 热 管理 设计二极 管箝 位 型三 电 平 拓 扑结 构 变 流 器 应用中 的主流 器 件 是 和 快恢 复二极 管， 它 们在 变 流 器 工作 时要产 生 通态 损 耗、 开 关 损 耗和 反向 恢 复损 耗。 目前对 两 电 平 变 流 器 的损 耗
5、研 究取 得了 较 为成 熟 的结 论 ， 但是 对 于 多 电 平 变 流 器的损 耗研 究， 甚至有关 三 电 平 变 流 器 损 耗研 究方 面 的文 献还比 较 鲜见 。 即 使 是对 多 电 平 变 流 器 损 耗的研 究， 也 大多 是 级联 式多 电 平 电 路 拓 扑， 因 为当 前所 应用的这 种结 构 拓 扑与 两 电 平 有很大相 似之 处， 对 于 二极 管箝 位 式多 电 平 拓 扑结构 损 耗求 解 与 两 电 平 结 构 有较 大不 同 。 例如， 三 电 平 箝 位 型变 流 器 与 两 电 平 变流 器 不 同 点 有： 每 桥 臂中 各 开 关 器 件 内
6、管与 外 管导通时间 不 同 ； 对 于 二极管箝 位 式三 电 平 变 流 器 还附 加了 箝 位 二极 管的损 耗； 根据负载 电 流 流 向 和 变流 器 开 关 状 态 确 定的动 作器 件 不 是 单 一 器 件 。二极 管筘 位 型三 电 平 逆 变 器 单 相 桥 臂电 路浙江 大学 硕 ：学 位论 文第 一二章第 二章 篯 州 图 三电 平 逆变 器 工 作 状 态 波形图 桥 臂 内 换流 顺 序图阶 段三籺 ： 该 阶 段包 括 两 种 工作 状态。 和 艿牡 缌 鞑 危 煌 峭 磺 疟 勰 贒 、 和 管 的 端 电 压 波 形。流过 管 、 管 和 箝 位 二极 管 电
7、 流【 稹乙 其中， 是 占空 比 ， 主 要取决于变流器的 类 型 、 调 制方 式以及控 制方 式， 荌 牡 纪 菇担饕S氲纪 缌 饔 泄亍 。是 的 导通 电 流峰 其中 ， 和 是 反 并联 二极管 导通压 降 常 数。联 电 阻等 参 数影 响。串 联 电 阻的 实 际 值 对 总开关损 耗 进 行修 正。 一 ， 緆石 乙猡置 。 钸 墨 鲫。 反向 恢 复 损 耗 分 析 ， 一 一 一 一 ， 耖向 恢复 电 流 均 有 较 大值 ， 会 产生一 定 的 损耗 。 篆 浙江 人学 硕上学 位 论文直流 母线 电 压 ： 型号 ： ？ 镕 ， 参数 如 下 ：最 大反 向 阻 断
8、 电 压 ： 已， 图 开 关损耗 与 导 通 电 流 的 关系 曲 线最 大反 向 阻 断 电 压 ： 珞 肼 和箝 位 二极 管 损 耗 计算得 到 总 损 耗 。对 于 总 损 耗 千 瓦 的 功 率 器 件总 损 耗 ，采 用 风 冷 散热 或则 水冷 散热 方式，可 以 达到 良 好 的 散热 效果 。 但 是 整 个 逆 变 系统需 要 封 闭 ，在 封 闭 环境 条 件下，风 冷 散热 方 式无 法 与 外 界 环境 进 行 热 交换 ，整 个 系统内 部环境 的 热 量 将 无 法 转移，而 水冷 散热 可 以 通过 水冷 管 道 ，将 系统内 的 热 量 转 移到 外 面，因
9、 此水冷 散热 方 式是 唯 一 可 行 ，而 又可 靠 、 有效的 方 法 。 三电 平逆 变 器 缓冲电 路参 数 设 计的 缓 存 电 路 ， 也是 不 可 取 的 。当 关 断 时 ，电抗 器 乓 上 的能 量 将 被 撼 寤芈 肺 眨萃中 缓 冲 回 路 的电路 结 构，得 到 电抗 器 岛 与 吸收电容 的谐 振 二阶 微分 方程 ：生：幺根 据 阻 尼 系 数的 定 义 ，可 以 计算阻 尼 电阻 值 ：图 带 有 缓 冲 电路的 基 本 电路 的 关 断只 被 五 、 的 线路杂 散电感限 制 ，对 于大功降 低 的 同 时，互 电流 上 升 ，引 起 箝位 二极 管：电流 降
10、 低 ，此时：的 关 断电流划 一 。 ；关 断 窄 脉 冲 时 ，吸收二极 管 关 断 波 形愍琲 畂 啊琟 ，过程 时 间 五 。当 缓冲 二 极 管电 流 衰 减 到 零 时 结 束时 ，缓冲 二 极 管反向 截止 ，关 断 电 压 迅 速 衰 减 。换 流 回路 各 元 件 杂 散电感 值 散电 感 后 的 基本 电 路 ，如 图 籰所 示 ，支 路 杂 散电 感 分别 用符 号 、 、为 了 便于 分析 ，首先 假定 输 出 为 阻 感 性 负 载，厶 的 电 感 量 远 远 大于 杂 散 电以下是 的 关 断过 程 分析 ：端 压上 升 ，输 出 电 流 开 始下降 。 吸收 二
11、极管 电 路 珥，反向 截止，吸收 电 容 电 烟 瓄： 埽疘 髂 阂 簿 褪 腔 涣 骺 9毓 躎 攵 蹹 换 流 的 模 态 。 通 ，输 出 电 流 由 转 移 到 医 舝 和 支 路 的 电 流 逐 渐 减小 到零 ，图 工作 模 态 三图 开 关管 关断 电 流 和 电 压 仿 真波 形 硎 揪 搿 、 骸 ： 支路 的电 流 。电 流 由 管 转 换至 箝 位 二极 管 洗 蟮 牡 缌鞅 浠 适 沟 没仿 、对 等 效电 路 求 解 ， 可以 得解 析式 可 看 出 ，该 阶 段 关断特 性 由 吸 收电 路 参 数、 杂 散 电感和关断电 流 共 同压 峰 值 跏增 大 ，自然 振 荡 频 率 减 小 ，则振 荡 时间 增 大 。 该 工作 模态 谐振 过 程在支路 缌鱅 下 降至 零 时，电 压 达到 该 阶 段 关断电 压 峰 值 嘶。所 得 到 的 第 一 关断电 压 尖 峰 仿 真 波 形。 由 仿 真 波 形可 以看 出 ，随 着 各 支结 果 和 理论 结 果 的比较。表 杂散 电感对 关 断 电压 影 响的仿真 和 理论 结 果 比较理论 结 果 理论 结 果 理论 结 果 浙江 人学 硕上学 位 论文 受 杂散电 感 影 响 的 关 断 电 压波形 各支 路
