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一种新型无源软开关三相PWM逆变器的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 PWM逆变器的发展

1.2.1 电力电子技术发展概况

1.2.2 逆变器发展概况

1.3 软开关技术简介

1.3.1 软开关技术的提出与发展概况

1.3.2 软开关与硬开关的工作特性分析

1.4 本文主要研究内容

第2章 软开关PWM逆变器

2.1 软开关电路的基本结构

2.1.1 谐振型电路

2.1.2 零开关PWM电路

2.1.3 零转换PWM电路

2.2 PWM电压型逆变器的基本概念

2.2.1 单相电压型逆变器

2.2.2 三相电压型逆变器

2.3 有源软开关三相PWM逆变器

2.3.1 谐振直流环节逆变器

2.3.2 谐振极型逆变器

2.3.3 有源三相软开关PWM逆变器存在的问题

2.4 本章小结

第3章 新型无源软开关三相逆变器工作原理

3.1 主电路拓扑结构

3.2 工作原理分析

3.2.1 分析假定

3.2.2 动作模式分析及数学解析

3.2.3 电路中各器件承受的最大电压应力和最大电流应力

3.2.4 电路的特征工作波形

3.2.5 死区讨论

3.3 控制策略

3.3.1 SPWM控制方式

3.3.2 临界调制度mL的确定

3.4 损耗计算

3.5 本章小结

第4章 新型软开关三相PWM逆变器的仿真研究

4.1 电路仿真模型的建立

4.2 仿真参数设计

4.3 电路仿真分析

4.3.1 软开关性能验证

4.3.2 m<mL时输出线电压及相电流分析

4.3.3 m>mL时输出线电压及相电流分析

4.3.4 影响畸变率的因素分析

4.3.5 死区对输出电流的影响

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 论文结论

5.2 进一步展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文

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摘要

近年来,功率变换器朝着小型化和轻量化的方向发展。作为基本电力电子变换技术之一,传统的硬开关逆变技术已经非常成熟,并且被广泛应用。但当开关频率很高时,传统的硬开关逆变器会出现很多弊端,如开关损耗过大、音频噪音大、系统动态特性差等,使逆变器的工作效率降低。软开关技术的提出,很好地解决了以上问题。基于这一背景,本文提出了一种新型无源软开关三相PWM逆变器拓扑结构。
  本文首先对软开关逆变器的发展概况和研究意义进行了介绍。根据有无辅助开关器件,软开关逆变器分为有源软开关逆变器和无源软开关逆变器。有源逆变器虽然能降低开关损耗,但是其控制比较复杂。无源软开关逆变器不仅能减少开关损耗、削弱噪声,而且电路简单,成本低,可靠性高,近年来得到了广泛研究。
  其次,本文提出了一种新型三相无源软开关逆变器,主要有以下优点:
  (1)其控制简单,不需要改变原来硬开关逆变器的控制方式;
  (2)拓扑电路中没有增加辅助功率开关器件,仅在原来硬开关逆变器中增加了电感、电容、二极管等无源器件,电路成本较低;
  (3)由于逆变器功率开关管实现了软开关动作,所以大大降级了逆变器开关损耗;
  (4)通过拓扑结构中的储能元件,可以在死区时间内实现续流,在无死区补偿的情况下,降低死区对输出电流的影响。
  然后,本文结合不同工作模式下的等效电路图,详细分析了该电路拓扑的软开关动作原理,对其动态过程进行详细的数学解析。确定了该逆变器实现软开关动作的控制策略,设定了仿真参数,并基于Matlab/Simulink平台对系统进行了仿真研究。将仿真结果与普通硬开关逆变器仿真结果进行比较,并进行了频谱分析、畸变率分析,分析结果验证了拓扑结构及其控制策略的正确性,所有功率开关器件在回路中实现了软开关动作。最后,对论文取得的成果以及未解决的问题进行了总结,并对下一步研究工作进行了展望。

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