大功率软开关PWM整流器技术研究

摘要

传统的PWM整流器工作时，电力电子开关器件在大电压下导通，大电流下关断，因而存在开关损耗大，工作频率低、体积大及电磁干扰严重等缺点。 本文采用了一种零电流的软开关技术，研制了一台100kVA零电流软开关的PWM整流器工程样机。该技术通过增加辅助开关管，利用电感、电容的谐振，为开关器件创造零电流的开关条件，使器件在开通关断的过程中，开关损耗减小，电流和电压的变化率减小，有效的降低电磁干扰，并且可使逆变器工作在较高频率下，减小输出滤波电感、电容的体积，从而减小整个装置的体积，提高性能。 本文首先介绍了高频软开关技术的发展与现状，接着分析了一种基于ZCT软开关的PWM整流器的主电路拓扑结构及基本工作原理。然后阐述了100kVA零电流软开关三相PWM整流器工程样机的主电路结构、参数设计及控制系统软硬件设计。控制部分采用了以TI公司的32位高性能数字信号处理器TMS320F2812为核心的数字控制系统，控制软件编程语言全部采用C语言，贯彻了模块化设计的思想，提高了软件的通用性和可移植性。 本文最后分析了100kVA工程样机的实验数据和波形。从实验结果来看，整流器可以在较宽的负载范围内实现零电流开关，开关损耗明显减小，并对软硬开关的效率进行了对比研究。

目录

文摘

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致谢

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 软开关逆变器的发展概况

1.2.1 软开关逆变器的提出

1.2.2 软开关逆变器的分类

1.2.3 软开关逆变器的发展

1.2.4 谐振变换器的发展概况

1.3 本文的主要研究内容

2 三相软开关PWM整流器系统工作原理

2.1 软开关PWM整流器工作原理

2.1.1 主电路拓扑结构

2.1.2 谐振单元的工作原理

2.2 系统仿真

2.2.1 软开关控制系统的仿真

2.2.2 开关管S4的波形

2.2.3 开关管S4x的波形

2.2.4 结论

3 系统硬件电路设计

3.1 技术条件

3.2 电气原理图

3.3 主要元件参数的选择

3.3.1 谐振参数的设计

3.3.2 中间支撑电容的设计

3.3.3 中间放电电阻的设计

3.3.4 预充电电阻的计算

3.3.5 逆变单元主IGBT的设计

3.3.6 逆变单元辅助IGBT设计

3.3.7 谐振电感的设计

4 控制系统设计

4.1 控制系统硬件构成

4.2 以TMS320F2812为核心的中央处理单元

4.2.1 TMS320F2812简介

4.2.2 外围电路

4.2.3 CPLD接口电路

4.3 模拟信号检测与调理单元

4.3.1 直流电压检测与调理单元

4.3.2 交流电流检测与调理单元

4.3.3 系统硬件保护电路

4.4 IGBT驱动单元

4.5 控制系统软件组成

4.5.1 系统主程序

4.5.2 定时器中断处理程序

4.5.3 故障检测及处理子程序

4.5.4 SVPWM计算子程序

4.5.5 系统主控子程序

4.6 控制系统抗干扰措施

4.6.1 控制系统硬件抗干扰措施

4.6.2 控制系统软件抗干扰措施

5 实验结果及分析

5.1 软硬开关开关损耗对比研究

5.2 不同谐振电流峰值下软开关过程比较研究

5.2.1 谐振峰值电流大于负载电流

5.2.2 谐振峰值电流小于负载电流

5.3 辅助开关管损耗分析

5.4 软硬开关效率对比实验及分析

5.4.1 实验结果

5.4.2 实验结果分析

5.5 功率实验

6 结论

6.1 对前面问题的总结

6.2 目前存在的不足

参考文献

附录 实物照片

作者简历