新型谐振直流环节软开关逆变器的研究

摘要

辅助谐振直流环节逆变器是实现电力变换系统绿色化的一类重要软开关逆变器拓扑结构，在国际上产生重要影响，并得到广泛关注。在未来的新能源发电、航天航空、军事工业、电力传动、分布式供电和并网等中小功率场合将会发挥巨大作用。 所提出的现有谐振直流环节逆变拓扑存在着一些问题，如一些拓扑的谐振电感需设置谐振阈值，增加了控制难度;一些拓扑使用了耦合电感，从而增加了逆变器的体积、重量以及成本;一些拓扑使用大容量电解电容，导致了中性点电位变化等等。 针对上述问题，本文提出一种新型辅助谐振直流环节逆变器的拓扑结构。该拓扑结构实现所有开关管软开关动作的同时解决了传统谐振直流环节逆变器所含的开关管电压应力大和谐振电压峰值高的缺点，同时本拓扑的零电压持续时间可控，便于灵活采用各种调制策略，从而使电路设计更加方便。经过对拓扑结构的详细分析发现了辅助谐振回路电流应力较大的问题。因此，本文又提出了一种带分流区的改进调制策略，降低了电流应力并且提高了效率。深入分析了拓扑结构的工作原理，给出了不同工作模式下的等效电路，并建立各个模式下的动态数学模型，详细分析拓扑的稳态特性以及参数设计方法，在理论分析的基础上，在MATLAB仿真平台上搭建了拓扑的仿真模型，进行针对性仿真和分析，验证了所提拓扑的正确性以及带分流区改进调制策略的优越性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2软开关技术

1．2．1软开关技术的提出

1．2．2软开关技术的基本结构

1．2．3软开关技术的分类

1．3逆变技术的分类与发展

1．4本文主要研究内容

第2章软开关逆变器的分类

2．1谐振环节逆变器

2．1．1谐振环节逆变器的原理

2．1．2典型的谐振交流环节逆变器

2．1．3典型的谐振直流环节逆变器

2．2辅助谐振极型逆变器

2．2．1辅助谐振极型逆变器原理

2．2．2辅助谐振极型逆变器特例

2．3负载谐振式逆变器

2．4辅助谐振缓冲逆变器

2．5本章小结

第3章新型谐振直流环节逆变器

3．1回路的基本结构

3．1．1回路结构的提出背景

3．1．2回路的三相拓扑结构

3．1．3单相等效电路

3．1．4调制策略原理

3．2回路的工作原理分析

3．3逆变器的稳态特性

3．3．1元器件电压和电流应力

3．3．2母线开关管的dv／dt和续流二极管的di／dt

3．3．3调制度分析

3．3．4回路的控制方式

3．3．5软开关实现条件及基本要求

3．4回路参数设计

3．4．1设计思想

3．4．2设计举例

3．5．1损耗分析

3．5．2损耗的计算

3．6新型回路的优越性

3．7本章小结

第4章谐振直流环节逆变器的改进调制策略

4．1改进调制策略

4．2回路的工作原理分析

4．3逆变器的稳态分析

4．3．1软开关实现条件及基本要求

4．3．2母线开关管的dv／dt和续流二极管的di／dt

4．3．3器件的电压电流应力

4．4．1设计思想

4．4．2设计举例

4．5改进调制策略性能的综合评价

4．6本章小结

第5章仿真及结果分析

5．1仿真软件简介

5．2仿真模型搭建

5．3仿真结果分析

5．3．1仿真参数设定

5．3．2仿真特性波形图

5．3．3开关管波形评价

5．3．4辅助谐振电感波形评价

5．3．5逆变器输出波形评价

5．3．6逆变器线电压利用率分析

5．4效率评价

5．5本章小结

第6章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的成果