半控型功率器件并联均流控制的非线性稳定运行机理

摘要

晶闸管器件具有耐压高、电流大等优点，在静止无功补偿、高压直流输电和高压变频调速等应用场合仍是主要采用的功率器件，且在很多场合需要采用晶闸管并联技术。现有晶闸管并联技术主要以阻感保护、阻容保护等方法为主，能够满足晶闸管并联的基本要求。然而，晶闸管是一个强的非线性元件，研究结果表明在不同驱动电压、工作频率和供电电压下会产生分岔及混沌行为，并使得晶闸管出现“电流细丝”现象，这将导致晶闸管因局部过流而损坏。因此，如何使晶闸管并联系统在局部和全局都保持良好的均流特性成为重要课题之一。
　　本研究主要内容包括：⑴分析了晶闸管器件的内部物理结构和工作机理，基于半导体物理理论建立晶闸管非线性动力学模型，重点研究了漂移区的动力学行为，推导了其双极扩散动力学方程。⑵基于晶闸管非线性动力学模型，系统分析了晶闸管外部电学特性与其内部物理量演化的相互联系，并在此基础上研究了晶闸管器件呈现的倍周期分岔及混沌等非线性现象。此外，探讨了晶闸管非线性现象对其并联电路工作特性的影响。研究结果表明，由于电路寄生参数和器件物理参数的差异，将会造成分岔或混沌行为而使得并联电路中晶闸管触发时刻的不同步，由此导致晶闸管间存在动态均流的问题，必然会影响到晶闸管的安全稳定运行。⑶为提高晶闸管并联系统的稳定性，本文基于状态反馈精确线性化方法从新的角度来解决晶闸管并联系统中存在的同步触发问题。首先，建立了晶闸管并联系统的非线性仿射模型，基于微分几何理论验证了该系统是否满足精确线性化的前提条件，再通过非线性坐标变换实现了晶闸管并联系统状态反馈精确线性化，并结合线性最优控制理论确定了状态反馈控制律，最后通过数值仿真证实了该控制方案的有效性，从而为晶闸管并联系统的同步触发控制提供了一种新思路。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 半导体器件非线性行为研究现状

1.3 课题研究意义与创新性

1.4 本课题来源

1.5 本论文的主要工作

第2章 晶闸管导电机理及非线性动力学模型

2.1 引言

2.2 晶闸管的基本结构和导电机理

2.3 晶闸管的非线性动力学模型

2.4 本章小结

第3章 晶闸管分岔及混沌非线性行为

3.1 引言

3.2 晶闸管测试电路及简化模型

3.3 晶闸管分岔及混沌现象

3.4 晶闸管并联系统非线性动力学模型

3.5 晶闸管并联系统非线性现象分析

3.6 本章小结

第4章 晶闸管并联非线性控制策略

4.1 引言

4.2 状态反馈精确线性化基本理论

4.3 状态反馈精确线性化控制律

4.4 晶闸管并联系统非线性控制系统模型

4.5 状态反馈精确线性化

4.6 控制效果

4.7 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果