基于高壓IGBT中壓三電平PWM風(fēng)電變流器研究

【摘要】：NPC三電平PWM變流器的應(yīng)用越來越廣泛,成為目前研究的熱點(diǎn)。因此,本文以三電平拓?fù)錇榛A(chǔ),以中壓三電平PWM風(fēng)電變流器為實驗依據(jù),從高壓IGBT角度對中壓等級的三電平變流器進(jìn)行研究和分析。 首先闡述了三電平變流器的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展方向,接著從三電平變流器的拓?fù)?、IGBT(Isolated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)器件、高壓IGBT驅(qū)動三個方面論述三電平PWM變流器發(fā)展?fàn)顩r。多電平拓?fù)浞诛w跨電容型、NPC型和級聯(lián)多電平拓?fù)浣榻B,并且介紹每種拓?fù)涞膬?yōu)缺點(diǎn)。IGBT成為現(xiàn)在的主流開關(guān)器件,并將IGBT與后來產(chǎn)生的IGCT器件進(jìn)行對比,得出IGBT優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍,在5MW等級以下的變流器開關(guān)器件選擇IGBT為佳。 重點(diǎn)對NPC三電平PWM變流器的功率器件的損耗和溫升進(jìn)行分析和計算。首先通過公式推導(dǎo)和近似計算得到功率器件的損耗和溫升,然后使用三菱官方軟件Melcosim軟件計算,得到功率損耗結(jié)果,并與前面公式計算結(jié)果進(jìn)行比對,驗證公式推導(dǎo)計算結(jié)果的精確性。通過計算三電平變流器的器件功率損耗和溫升,提出幾種節(jié)省成本的IGBT選擇方案?，F(xiàn)將NPC三電平拓?fù)涞捏槲欢O管換成IGBT模塊,不改變控制策略和控制方式,提出IGBT模塊選擇方案,并對該方案的功率器件進(jìn)行功率損耗和溫升計算,由計算結(jié)果驗證該IGBT選擇方案的可行性。 設(shè)計并制作了高壓IGBT驅(qū)動板,對其控制軟件、控制電路及功能進(jìn)行介紹。然后通過雙脈沖實驗測試IGBT驅(qū)動板的開通和關(guān)斷功能,分析IGBT的開通和關(guān)斷特性,并選擇合適門極電阻,確保合適的di/dt和du/dt。 通過IGBT并聯(lián)方式提升變流器容量,并聯(lián)方式從IGBT組件并聯(lián)和三電平橋臂的并聯(lián)兩種方式進(jìn)行分析。簡單介紹IGBT組件并聯(lián),重點(diǎn)分析三電平橋臂的并聯(lián)。為了解決橋臂的并聯(lián)造成的不均流,采用串電感方法,然后通過計算和仿真得到串電感方法的可行性。由于串電感方法對系統(tǒng)控制來說不用任何附加條件,實現(xiàn)起來比較簡單。 最后通過三電平組件并聯(lián)測試和中壓三電平PWM風(fēng)電變流器的互饋調(diào)試實驗,驗證了變流器橋臂并聯(lián)均流效果、IGBT開關(guān)特性、變流器的滿載和空載特性等。 【關(guān)鍵詞】：高壓IGBT 中壓 三電平 功率損耗 驅(qū)動 并聯(lián) 互饋
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TM614;TM46
【目錄】：

• 致謝5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 三電平變流器的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景11
• 1.2 多電平變流器的拓?fù)溲芯?/span>11-15
• 1.2.1 飛跨電容箝位式結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2.2 二極管箝位型多電平變流器13-14
• 1.2.3 級聯(lián)型多電平變流器14-15
• 1.3 高壓IGBT的發(fā)展?fàn)顩r15-17
• 1.4 高壓IGBT驅(qū)動研究及應(yīng)用現(xiàn)狀17-20
• 1.4.1 高壓IGBT驅(qū)動特點(diǎn)17-18
• 1.4.2 現(xiàn)有高壓IGBT驅(qū)動技術(shù)18-20
• 1.5 論文主要內(nèi)容20-21
• 2 NPC三電平變流器功率器件的損耗分析21-37
• 2.1 NPC三電平變流器功率器件的損耗分析21-28
• 2.1.1 三電平變流器換流過程21-23
• 2.1.2 功率器件損耗計算方法23-25
• 2.1.3 三電平變流器功率器件的損耗計算25-27
• 2.1.4 三電平變流器橋臂損耗計算結(jié)果27-28
• 2.2 基于Melcosim的三電平功率損耗計算28-31
• 2.2.1 計算策略29-30
• 2.2.2 總結(jié)軟件計算結(jié)果30-31
• 2.3 NPC三電平變流器熱平衡分析31-32
• 2.4 基于NPC三電平變流器內(nèi)IGBT模塊熱平衡的探討32-37
• 2.4.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析32-34
• 2.4.2 IGBT的選型及內(nèi)IGBT功率損耗的計算分析34-37
• 3 高壓IGBT驅(qū)動的設(shè)計37-54
• 3.1 高壓IGBT驅(qū)動電路設(shè)計37-42
• 3.1.1 電源設(shè)計37-39
• 3.1.2 區(qū)動設(shè)計39-41
• 3.1.3 保護(hù)電路41-42
• 3.2 高壓IGBT驅(qū)動控制及VHDL語言編程42-44
• 3.3 雙脈沖實驗及門極電阻的選擇44-54
• 3.3.1 雙脈沖實驗原理45-46
• 3.3.2 雙脈沖實驗過程及測試結(jié)果46-54
• 4 IGBT并聯(lián)技術(shù)的研究54-59
• 4.1 IGBT直接并聯(lián)54-55
• 4.2 變流器的橋臂并聯(lián)技術(shù)的研究55-59
• 4.2.1 變流器橋臂并聯(lián)的計算55
• 4.2.2 橋臂并聯(lián)仿真55-59
• 5 中壓三電平PWM變流器實驗59-66
• 5.1 組件測試59-63
• 5.1.1 測試平臺介紹59
• 5.1.2 組件測試實驗59-63
• 5.2 3MW中壓三電平風(fēng)電并網(wǎng)變流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)介紹63-64
• 5.3 3MW三電平中壓變流器電網(wǎng)側(cè)實驗波形及分析64-66
• 6 結(jié)論及展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-68
• 作者簡歷68-70
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集70

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