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《西北工业大学》 1999年
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谐振软开关PWM功率变换器及其非线性特性分析

贺昱曜  
【摘要】: 近年来,电力电子技术、计算机技术及自动控制理论的迅猛发展极大地促进了交流电机变频调速技术的进步。但常规的硬开关模式PWM功率变换器由于开关损耗大、开关频率低、输出波形质量差、变换效率低等缺点,使得其性能与功能难以进一步提高。因而研究具有开关频率高、体积小、重量轻、变换效率高、无音频噪声的谐振软开关功率变换器已成为功率变换领域当前的主要研究方向之一。 本文主要研究谐振软开关PwM功率变换器及其非线性特性分析,其主要创新点与研究成果为: 通过对常规电压型SPWM变频器延时效应的分析,给出了SPWM信号延迟方法,导出了由SPWM信号调制方法及信号延迟效应引起的SPWM逆变器实际输出基波电压及各次谐波电压的计算公式,给出了仿真曲线;研究了延时效应对输出转矩及转速的影响及确定实际开关频率的方法;通过将提出的信号延时补偿电路应用于SPWM变频器以改善SPWM波形质量,使得变频器的性能得到了极大的提高,给出了实验结果及分析。 分析了串联谐振软开关DC/AC变换器的工作原理,提出了谐振直流环节逆变器谐振电压可靠回零的方法,导出了回零谐振所必须具备的最小初始条件,即谐振电感具有最小初始电流,L_(L Min)(0),求得了获得该最小初始电流时谐振电容短路开关所需的最小导通时间t_(I min)。得出了谐振电压波形是否可靠回零与直流电源电压大小无关的结论。针对由高频软开关逆变器—交流异步电动机构成的拖动系统,建立了该系统的数学模型,从整体系统角度分析了其动、静态特性,提出了交流异步电动机负载变化对高频软开关逆变器特性影响的分析模型,给出了谐振直流环节中谐振元件的选取原则及计算公式。 针对串联谐振直流环节逆变器和并联谐振直流环节逆变器两类拓朴结构中存在的电压、电流应力大的缺点,提出了串并联谐振直流环节变换器—一种新型的零电压软开关变换器拓朴新概念。其主要思想为:将串联谐振与并联谐振相结合而构成一个串并联谐振环节,使电路在一个谐振周期过程中,某些状态为串联谐振,而另一些状态为并联谐振,以使网络整体性能为串联谐振与并联谐振的优点相结合,从而克服两者的缺点。依据提出的串并联谐振软开关变换器电路拓朴结构,分析了该变换器的工作原理、状态转换形式,建立了该系统大信号瞬态数学模型,进行了多种工作条件下的计算机仿真与实验研究。仿真与试验结果表明了该新型变换器的工作原理是正确的。 针对谐振软开关DC/AC变换器中既有谐振开关频率,逆变桥PWM开关频率,又有输出频率等,本文提出了分级建模的思想与方法。首先研究了谐振直流环节的建模与非线性分析,导出了谐振直流环节中谐振元件上的电压、电流计算公式;其次研究了逆变桥PWM开关部分的建模分析与仿真。最后将谐振环节开关非线性模型与逆变桥PWM开关部分模型相结合而构成整体非线性系统,结合系统输出特性要求进行整体非线性系统仿真研究,获得了系统稳态特性。 最后对全文进行了总结与展望。提出了尚需深入研究的几个问题及未来的研究方向。
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:1999
【分类号】:TM46

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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