碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管光伏逆變器的研制

【摘要】：隨著全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源短缺現(xiàn)狀越來越受到人們關(guān)注。太陽(yáng)能、核能及風(fēng)能等新能源得到迅速發(fā)展，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的逆變器，作為太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電的核心設(shè)備，得到廣泛應(yīng)用，因此對(duì)逆變器的效率、諧波等性能指標(biāo)有著越來越高的要求。碳化硅功率MOSFET因其耐高溫、高頻和高耐壓等特性可有效解決功率器件損耗大等問題且可滿足逆變器的高頻化需求。 采用全橋逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)雙極性SPWM控制方式進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了軟件參數(shù)且編寫了DSP軟件程序；使用狀態(tài)空間平均法對(duì)逆變器進(jìn)行了建模；應(yīng)用MATLAB軟件分析了逆變器的數(shù)學(xué)模型，繪制出逆變器波特圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了串聯(lián)校正，使逆變器系統(tǒng)相角裕度達(dá)到70°、超調(diào)量小于20%，滿足了控制系統(tǒng)要求；對(duì)比分析了硅與碳化硅MOSFET的開關(guān)特性及導(dǎo)通電阻隨溫度變化的趨勢(shì)，表明碳化硅開關(guān)速度快且導(dǎo)通電阻穩(wěn)定；設(shè)計(jì)了LC低通濾波器，濾除SPWM高頻諧波，輸出了標(biāo)準(zhǔn)工頻電壓。在以上研究的基礎(chǔ)上，研制了基于碳化硅MOSFET的3KW逆變器樣機(jī)，對(duì)比分析了碳化硅和硅功率MOSFET在樣機(jī)輸出功率為1KW時(shí)的性能。測(cè)試結(jié)果為，在輸出功率相同的情況下，碳化硅MOSFET溫度為相比于硅MOSFET的低了，有效提高了整機(jī)可靠性，且整機(jī)效率從93.4%提高至94.2%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在相同環(huán)境下，碳化硅功率MOSFET更適合在高溫下工作，且可以提高逆變器的效率及可靠性。 【關(guān)鍵詞】：逆變器 全橋變換器 光伏SiC功率MOSFET 正弦脈寬調(diào)制
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 本課題的背景和意義7-11
• 1.1.1 發(fā)展可再生能源的意義7-8
• 1.1.2 國(guó)外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀8-9
• 1.1.3 國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電現(xiàn)狀9-10
• 1.1.4 SiC 功率器件的發(fā)展及其應(yīng)用10-11
• 1.2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述11-13
• 1.3 本文主要工作13-15
• 1.3.1 主要研究工作13
• 1.3.2 逆變器的主要參數(shù)指標(biāo)13-15
• 第二章 光伏逆變系統(tǒng)的控制方法15-25
• 2.1 逆變系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)15-16
• 2.2 單相 SPWM 逆變控制方式16-21
• 2.2.1 雙極性 SPWM 逆變電路及調(diào)壓原理17-21
• 2.3 逆變器的建模與控制21-24
• 2.3.1 逆變主電路建模21-23
• 2.3.2 電壓瞬時(shí)值反饋控制23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 功率 MOSFET 的特性分析25-33
• 3.1 功率 MOSFET 的導(dǎo)通電阻25-26
• 3.1.1 導(dǎo)通電阻R_on的組成25-26
• 3.2 功率 MOSFET 開關(guān)過程分析26-30
• 3.2.1 極間電容及開關(guān)等效電路26-27
• 3.2.2 L_D =0時(shí)開關(guān)過程分析27-30
• 3.3 碳化硅（SiC）MOSFET 的性能優(yōu)勢(shì)30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 第四章 光伏逆變系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計(jì)33-51
• 4.1 主電路器件選擇33-35
• 4.1.1 功率 MOSFET 的選擇33-34
• 4.1.2 直流側(cè)平波電容的選擇34-35
• 4.2 逆變器輸出濾波器設(shè)計(jì)35-39
• 4.3 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)39-40
• 4.4 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)40-42
• 4.4.1 直流電壓檢測(cè)電路40-41
• 4.4.2 交流電壓檢測(cè)電路41-42
• 4.4.3 交流電流檢測(cè)電路42
• 4.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)42-48
• 4.5.1 主控制程序42-44
• 4.5.2 瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)參數(shù)設(shè)計(jì)44-45
• 4.5.3 平均值外環(huán)設(shè)計(jì)45-47
• 4.5.4 模擬控制器的離散化47-48
• 4.6 逆變系統(tǒng)的仿真分析48-50
• 4.7 本章小結(jié)50-51
• 第五章 樣機(jī)制作及實(shí)驗(yàn)分析51-59
• 5.1 SPWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)驗(yàn)52-53
• 5.2 逆變系統(tǒng)輸出實(shí)驗(yàn)53-57
• 5.3 本章小結(jié)57-59
• 第六章 結(jié)束語(yǔ)59-61
• 致謝61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 研究成果67-69
• 附錄69-70

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