交流固态功率控制器的研究

论文摘要

固态功率控制器是集继电器的转换功能和断路器的保护功能于一体的固态元器件,是和固态配电系统相配套的控制负载通断的开关装置。它具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高以及便于计算机远程控制等优点。双向可控硅和功率MOSFET用作交流固态功率控制器的功率管时,各有优缺点,通过分析比较,本文确定了用功率MOSFET作为控制器的开关。功率MOSFET有三种开关组态:全波桥组态、反串联组态和反并联组态,通过对比选择了反串联组态作为本文的研究对象。反串联结构有二种控制方法:上下管同时通断和上下管按一定次序通断,分别设计了他们的控制电路,并进行了仿真对比,最终确定了“上下管同时通断”这种方法作为本课题的研究内容。基于上述方案,本文对交流固态功率控制器的控制电路进行了设计,主要包括:过零检测电路、零电压导通和零电流关断电路、相位补偿电路、反时限保护电路、吸收电路等的设计。最后制作了原理样机,并进行了实验验证。本文在单相交流固态功率控制器的基础上,讨论了三相交流固态功率控制器的设计,并进行了实验验证,文中还分析了开关时缺相对三相负载和电网的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 飞机交流电源系统的发展
• 1.1.2 飞机配电系统的发展
• 1.2 论文研究内容
• 1.2.1 选题依据
• 1.2.2 国内外发展现状
• 1.2.3 课题研究内容
• 第二章 交流固态功率控制器的主回路结构及其控制策略
• 2.1 引言
• 2.2 功率开关管的选取
• 2.2.1 双向可控硅的导通机理
• 2.2.2 双向可控硅在SSPC 中的应用
• 2.2.3 功率MOSFET 的导通机理
• 2.2.4 双向可控硅与功率MOSFET 的比较
• 2.3 功率MOSFET 构成的开关组态
• 2.4 反向串联组态的控制策略
• 2.4.1 MOSFET 的双向导电性
• 2.4.2 上下管同时导通
• 2.4.3 上下管按一定次序通断
• 2.4.4 控制策略的比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 单相交流固态功率控制器关键技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 总体方案设计
• 3.3 零电压导通和零电流关断电路的设计
• 3.3.1 过零通断的意义
• 3.3.2 过零检测电路
• 3.3.3 过零逻辑电路的设计
• 3.4 交流固态功率控制器的宽频工作设计
• 3.4.1 设计背景
• 3.4.2 设计难点
• 3.4.3 相位补偿电路
• 3.5 反时限保护的设计
• 3.5.1 反时限保护功能
• 3.5.2 反时限保护的实现方法
• 3.5.3 反时限保护中的“热记忆”
• 3.5.4 与IEC 标准曲线的比较
• 3.5.5 反时限保护仿真验证
• 3.6 SSPC 与熔断器的级联使用
• 3.7 RC 吸收电路的设计
• 3.7.1 RC 吸收回路的必要性
• 3.7.2 RC 吸收回路设计原理
• 3.7.3 吸收回路的具体设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 实验结果及分析
• 4.1 引言
• 4.2 宽频范围内的过零开关测试
• 4.2.1 零电压导通、零电流关断测试
• 4.2.2 过零开关误差分析
• 4.3 感性和容性负载测试
• 4.4 RC 吸收电路的测试
• 4.5 反时限保护测试
• 4.5.1 反时限保护测试
• 4.5.2 热记忆保护的测试
• 4.5.3 热记忆保护的时间分析
• 4.6 短路保护测试
• 4.6.1 短路保护测试结果
• 4.6.2 交流固态功率控制器带负载线长度分析
• 4.7 功耗测试
• 4.8 状态信号测试
• 4.9 变频对SSPC 的影响
• 4.10 本章小结
• 第五章 三相交流固态功率控制器的研制
• 5.1 引言
• 5.2 三相交流固态功率控制器的开关影响
• 5.2.1 三相交流固态功率器的开关过程
• 5.2.2 开关过程的影响分析
• 5.3 三相交流固态功率控制器的设计
• 5.3.1 过零检测方法的探讨
• 5.3.2 外围配置电路的设计
• 5.4 三相交流固态功率控制器的实验结果
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 下一步要做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文