三电平逆变器交流传动系统及其控制的研究

摘要

多电平逆变器避免了功率器件串联引起的动态均压问题，同时降低了输出谐波和电压变化率，减小了电磁干扰，相应地提高了电机效率，成为大功率交流传动领域研究的重点。论文主要内容是研究以三电平逆变器为核心的交流传动系统及其控制方式，理论分析并研制了适用于城市轨道交通车辆辅助系统的IGBT三电平逆变器和主传动系统的IPM三电平逆变器。论文详细分析了三电平逆变器基于方波控制方式时的输出电压波形，推导了输出电压畸变率与控制角的关系，提出了适用于三电平逆变器的三种改进型SPWM控制方式，并对空间电压矢量PWM的控制原理和实现方式作了深入地分析。系统地介绍了三电平逆变器研制的关键技术，提供了适用于主传动系统300kVA IPM三电平逆变器的系统构成，并对其供电于300kW交流电机的牵引特性进行了试验研究。在分析了直接转矩控制技术的理论基础上，针对三电平逆变器交流传动系统高性能控制的要求，结合直接转矩控制技术的特点，提出了一种基于不同牵引特性时复合控制的直接转矩控制技术，既能简化空间电压矢量的选择，保持了中点电压的平衡，又能有效地降低功率器件的开关频率。论文最后介绍了另一种适用于城轨车辆辅助系统的80kVA逆变器，主电路采用双重逆变器和组合变压器构成，其同样具有多电平逆变器的一些优点，为研发适用于城轨交通车辆的逆变器提供另一种实现方式。关键词： 三电平逆变器，PWM控制，空间矢量，直接转矩控制

目录

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声明

第一章 绪 论

1.1论文选题目的和意义

1.2电力电子技术的发展

1.2.1电力电子器件的发展历程

1.2.2用新型半导体材料制造的电力电子器件

1.2.3电力电子变流技术的发展

1.2.4多电平逆变器拓扑结构综述

1.3交流传动控制技术的发展

1.3.1数字控制技术

1.3.2交流传动调速技术

1.4论文的主要内容和安排

第二章 三电平逆变器构成的交流传动系统

2.1三电平逆变器的工作原理

2.2三电平逆变器的数学模型

2.3三相异步电动机的数学模型

2.3.1三相静止坐标系中的数学模型

2.3.2两相α、β静止坐标系下的数学模型

2.4逆变器供电异步电机的调节特性

2.5空间电压矢量分析

2.6中点电压的分析

第三章 直接转矩控制的研究

第四章 三电平逆变器的控制方式

4.1方波控制方式

4.2 SPWM控制方式

4.2.1三角形载波错开1/4周期的SPWM控制方式

4.2.3两个等腰三角形载波的SPWM控制方式

4.3空间电压矢量PWM控制方式

4.3.1空间电压矢量合成PWM控制原理

4.3.2空间电压矢量合成PWM控制实现

第五章 IGBT(IPM)三电平逆变器研制关键技术

5.1 IGBT和IPM

5.1.1 IGBT的最新发展

5.1.2 IGBT特性研究

5.1.3智能功率模块IPM

5.2驱动电路和驱动模块的应用研究

5.2.1驱动电路参数的选择

5.2.2集成驱动模块M57962AL

5.2.3专用驱动器SCALE

5.3 IGBT(IPM)吸收电路

5.3.1常用的吸收电路

5.3.2电容三角形吸收电路的工作原理

5.3.3电容三角形吸收电路参数的选择原则

5.3.4试验结果及波形

5.4 IGBT(IPM)逆变器的散热系统

5.4.1功率模块的损耗计算

5.4.2散热器热阻分析和计算

5.4.3热管和热管散热器

5.5 75 kVA IGBT三电平逆变器

5.5.1系统简介

5.5.2试验结果和波形

5.6 300 kVA IPM三电平逆变器

5.6.1系统简介

5.6.2在系统编程技术

5.6.3三电平逆变器系统试验

第六章 80kVA辅助逆变器

6.1主电路结构及工作原理

6.1.1各构成环节的功能

6.1.2主电路工作原理分析

6.1.3构成12脉波输出电压原理

6.2 PWM控制技术

6.2.1调节中点切口宽度的PWM方法

6.2.2普通三分频调制PWM方法

6.2.3单边调制三分频PWM方法

6.3控制系统

6.4试验结果和波形

第七章 总结与展望

7.1全文总结

7.2进一步研究的方向

致谢

主要参考文献

个人简历

在读期间发表的论文和参加的科研工作