基于逆阻型IGBT的T型三电平逆变电路

摘要

近年来，三电平逆变电路凭借其低谐波的优势正在迅速发展，由富士电机研发的含有逆阻型IGBT的功率模块组成的T型三电平逆变电路拓扑更是凭借其高效率、高耐压的优势在高电压、大功率应用场合得到广泛关注。
　　本文介绍了逆阻型IGBT组成的T型三电平逆变电路的拓扑结构，分析了电路的工作原理，并详细计算了器件损耗。中点电压不平衡的现象是三电平拓扑结构中普遍存在的，本文从电路工作原理的角度出发，分析了中点电压不平衡的根本原因，在电路中加入PI控制对中点电压进行平衡调节。本文同时研究了T型三电平逆变电路的控制算法，分析了载波同相SPWM控制与载波反相SPWM控制的控制原理，并对两种控制下的输出电压进行了FFT计算分析，总结出载波同相SPWM的控制优势，且进行了MATLAB仿真的验证。
　　本文针对逆阻型IGBT承受双向电压的特点，对普通IGBT的驱动保护电路的过压保护电路及过流保护电路分别进行了改进，使之适用于逆阻型IGBT的驱动电路，并绘制了电路板应用于实验平台中。本文给出了直流支撑电容及滤波电路设计参数的详细推导，并利用叠层母排的方式搭建了50kVA的实验平台的主要电路，在实验平台中完成了对单相逆变电路、三相逆变电路、中点电压平衡控制以及两种SPWM控制方式的逆变电路实验验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 多电平逆变电路的分类

1．2．1 二极管箝位多电平逆变电路

1．2．2 飞跨电容箝位逆变电路

1．2．3 具有独立直流电源的级联型逆变电路

1．2．4 采用逆阻型IGBT的T型三电平逆变电路

1．3 T型三电平逆变电路的SPWM控制方法

1．4 课题研究的内容

2 T型三电平逆变电路原理

2．1 电路原理的分析

2．2 损耗分析

2．2．1 开关器件的通态损耗计算

2．2．2 开关器件的开关损耗计算

2．2．3 系统总损耗计算

2．3 本章小节

3 SPWM控制原理的分析及仿真

3．1 SPWM控制原理

3．1．1 载波反相SPWM控制

3．1．2 载波同相SPWM控制

3．2 直流电压不平衡问题分析

3．3 MATLAB仿真

3．3．1 载波反相仿真

3．3．2 载波同相仿真

3．3．3 中点均压控制的仿真

3．4 本章小节

4 实验平台的设计

4．1 参数的设计

4．1．1 直流侧支撑电容的设计

4．1．2 滤波电感的设计

4．1．3 滤波电容的设计

4．2 RB-IGBT的驱动保护电路

4．2．1 过压保护

4．2．2 短路保护

4．3 系统机械结构的设计

4．3．1 母排的设计

4．3．2 主电路结构的设计

4．3．3 散热装置的设计

4．3．4 控制电路的摆放

4．4 最终实验平台的搭建

4．5 本章小结

5 实验与测试

5．1 单相逆变实验

5．2 电容均压实验

5．3 电阻负载控制方式验证实验

5．4 载波同相控制的负载动态实验

5．5 载波反相控制的负载动态实验

5．6 本章小节

6 总结与展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集