有源箝位谐振直流环节逆变器的双幅控制策略研究

论文摘要

谐振直流环节逆变器(Resonant DC Link Inverter,RDCLI)利用电感电容谐振工作,使直流母线电压周期性地回零,为逆变桥提供零电压开关的条件。由此可以提高逆变器的变换效率,可以广泛应用于交流电源、不间断电源和交流调速系统。本文回顾了RDCLI的发展,比较了现有的几种RDCLI的拓扑结构和控制策略,指出了各自的优缺点。对有源箝位RDCLI的工作原理及传统的控制策略进行了详细的分析,并进行了实验验证,指出了该逆变器直流环节损耗较大的原因。为了减小谐振直流环节的损耗,不必要使直流母线电压每次都振荡回零,可以让它工作在两种谐振模式,一种是大幅振荡,一种是小幅振荡。只有当逆变器需要改变开关状态时,谐振直流环节才进行大幅振荡,使母线电压振荡回零,否则则只需维持一个小幅振荡。本文详细分析了双幅控制有源箝位RDCLI的工作原理,提出了一种新的控制策略:对谐振电路部分,通过短路直流母线电压,使输入电源对谐振电感补充能量,以确保母线电压能可靠地谐振回零;对箝位电路部分,通过动态调节大幅关断电流来实现箝位电容电压的平衡;对逆变桥,采用电压电流双闭环控制,其中电流环选择HCPM方式,以实现输出电压的近似单极性调制,减小输出电流脉动和输出电压纹波。论文详细分析了谐振直流环节的参数对其损耗的影响,给出了主电路参数的设计及控制电路的实现方法,并对双幅控制有源箝位RDCLI进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果均证实了该控制策略的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 软开关逆变器的发展
• 1.2 谐振直流环节逆变器的发展
• 1.2.1 基本型RDCLI
• 1.2.2 箝位型RDCLI
• 1.2.3 双幅控制型有源箝位RDCLI
• 1.3 本论文研究内容与研究意义
• 第二章 有源箝位谐振直流环节逆变器的分析
• 2.1 RDCLI 谐振直流环节的工作原理
• 2.2 有源箝位RDCLI 直流环节的工作原理
• 2.3 有源箝位RDCLI 的控制
• 2.3.1 谐振电路的控制
• 2.3.2 箝位电路的控制
• 2.3.3 逆变桥的控制
• 2.4 有源箝位RDCLI 的实验验证
• 2.5 小结
• 第三章 有源箝位谐振直流环节逆变器的双幅控制
• 3.1 引言
• 3.2 双幅控制有源箝位RDCLI 直流环节的工作原理
• 3.3 双幅控制有源箝位RDCLI 的控制策略
• 3.3.1 直流环节的双幅控制
• 3.3.2 逆变桥的控制
• 3.4 直流环节的损耗分析
• 3.4.1 直流环节的损耗计算
• 3.4.2 直流环节的参数对其损耗的影响
• 3.5 双幅控制有源箝位RDCLI 的仿真验证
• 3.6 小结
• 第四章 双幅控制有源箝位谐振直流环节逆变器的实现
• 4.1 主电路参数设计
• 4.1.1 谐振电感的设计和谐振电容的选取
• 4.1.2 滤波电感的设计和滤波电容的选取
• 4.1.3 功率开关管的选取
• 4.2 控制电路的实现
• 4.2.1 电压和电流的采样
• 4.2.2 谐振电路的控制
• 4.2.3 箝位电路的控制
• 4.2.4 逆变桥的控制
• 4.2.5 驱动电路的设计
• 4.2.6 保护电路的设计
• 4.3 实验结果
• 4.4 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 下一步要做的工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文和获得的荣誉