变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计

提出了一种设计变频器散热系统的实用方法,建立了比较准确且实用的变频器中IGBT(绝缘栅型双极晶体管)模块的通态损耗和开关损耗的计算方法,考虑了温度对各种损耗的影响,采用热阻等效电路法推导得出了散热器及功率器件各点温度的计算公式,并给出了散热器热阻的实用计算公式。在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统,计算结果与试验结果的对比,验证了该设计方法的合理性与实用性。

基于间接电流控制的电流型PWM整流器

针对电力电子装置给电力系统带来谐波污染和功率因数下降的问题,建立了三相电流型PWM整流器在abc坐标系下的数学模型,并在该坐标系下通过控制三相电流型PWM整流器交流侧电流的基波和相位,进而间接控制网侧电流的间接电流。通过仿真和实验验证,该控制策略完全可以实现网侧电压电流单位功率因数,且直流侧电流趋于稳定。

脉冲阻塞式单相交-交变频原理及PWM控制

详细比较分析了当前交-交变频技术的特点,在此基础上提出了变脉宽斩波控制型脉冲阻塞式交-交变频原理。利用单个功率器件构成双向交流开关,施加于传统的单相交流调压电路并进行相应的改造,实现了单个功率器件的单相交-交变频变压目的。通过周期性地阻塞和放行网频正弦半波,获得频率可调的输出电压;采用按正弦规律变化的变脉宽高频脉冲信号对输出电压包含的网频正弦半波进行斩控,获得了幅值可调的输出电压,并且具有较好的正弦度。根据面积等效原理,对变脉宽斩波控制方式进行了详细的理论分析,推导出了变脉宽斩波控制方式中相应占空比的数学表达式。在PSPICE环境下进行了单相系统的仿真研究,并完成了相关实验。仿真和实验结果一致,并且与文中的理论分析结果也完全一致,从而验证了本文提出的交-交变频原理的正确性及PWM控制的可行性。

回馈式级联型变频器PWM整流控制及其谐波分析

研究了回馈式H桥级联型多电平变换器,利用移相变压器的二次侧漏抗代替PWM整流器的输入电抗器,采用比例积分加谐振(PIR)的调节方法,设计了电网电压定向控制的PWM整流器双闭环控制策略。同时,文中给出了H桥的功率单元拓扑结构、PWM整流器的数学模型及控制策略,对PIR调节器原理、功率单元及网侧电流谐波进行了分析阐述。通过实验,验证了移相变压器消除谐波的作用,以及控制策略对直流母线电压稳定的有效性,实验结果表明PWM整流器及其控制策略在电动机加速、减速过程中,表现出良好的四象限运行性能。

75kVA三电平背靠背变流器的散热分析及优化

以75kVA三电平背靠背变流器为对象,先对包括功率母线在内的热源进行分析计算,而后给出了系统的等效热阻网络,并根据热阻网络为变流器设计了基于强迫风冷的散热系统。接着在建立该变流器三维几何模型的基础上用计算流体动力学有限元软件对其进行模拟仿真,分析了母线功耗、器件功耗和风机风量对变流器内热分布的影响规律,并提出了通过配置进风口开孔率和活动挡风板改进散热的措施。最后结合变流器实验装置,利用红外测温仪对带载稳定运行的变流器测试,进行实验验证。实验结果和仿真结果的对比表明,所设计的散热系统可以满足变流器的散热要求,同时各半导体器件散热均匀。所提出的散热设计方法和优化措施,对其他变流器的散热设计有一定的借鉴意义。

基于Buck-Boost的AC/AC变换器设计

利用Buck-Boost电路输出电压理论上可以在零到无穷大之间变化的特点,将Buck-Boost斩波电路应用于交流电压变换,提出了一种变比可以连续变化的固态变压器。与传统的自耦调压器相比,基于Buck-Boost变换器的固态变压器具有输出电压范围宽、体积小的特点,并且由于采用了电压反馈控制,使得其输出电压不受负载变化的影响,外特性较硬。针对四象限开关存在的换流问题,提出了该变换器的换流策略,在理论分析的基础上,设计制作了一台AC/AC调压器,实验结果验证了该变换器的可行性。

基于软件锁相技术的光伏并网系统基准正弦电路

介绍了高效单相光伏并网系统的结构拓扑,指出与电网电压同频同相的基准正弦电路性能状况对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的优劣有重要作用,提出并深入分析了一类基于最优时间的软件锁相技术、与电网电压同频同相的基准正弦电路,该基准正弦电路由采样电路、信号转换电路、软件锁相环、D/A转换电路组成。给出了关键电路参数设计准则与试验结果,试验结果证明该基准正弦电路输出正弦电压与电网电压同频同相,总谐波畸变率小,简单实用,价格低廉。

Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器

提出了Buck-Boost式三电平单级AC/AC变换器电路拓扑,该变换器适用于高压场合,具有开关管的电压应力低、单级功率变换、变换效率高、三电平波形、实现升降压输出、输出电压THD较小、负载能力强等优点。该变换器的开关管电压应力是两电平的1/2,大大降低了在高压场合对开关管的电压应力要求。同时,研究了适用于该变换器的电压瞬时值反馈控制策略,该策略能够快速响应输入及输出电压的变化;并根据输出电压、电流的极性,分析了该变换器负载时的四种工作模式;以及该三电平变换器在CCM和DCM模式下的输入输出特性和外特性。实验结果充分证实了该变换器的正确性和先进性。

高频环节电力电子变换技术的发展与现状

系统地论述了高频环节DC/AC变换技术、高频环节AC/DC变换技术和高频环节AC/AC变换技术的发展与现状,给出了电路结构、拓扑实例、控制策略与特点。用高频变压器替代低频环节电力电子变换器中的工频变压器,有效克服了低频环节电力电子变换器存在的体积与重量大、变压器铜铁用量大、音频噪音大、成本高等缺陷,以及非隔离型电力电子变换器存在的输出与输入无隔离、电压传输比小、电磁干扰(EMI)严重、用电安全性弱等缺陷,显著提高了变流器特性。随着铜、铁原材料和能源的日益紧张及其价格的急剧增长,高频环节电力电子变换技术越来越展现出其独特优势,在电力、通讯、航空等传统领域和新能源发电、智能电网等新兴领域均具有重要的应用价值。

基于数学构造的矩阵变换器调制策略

针对矩阵变换器现有调制策略复杂、计算量大的问题,提出一种基于数学构造的矩阵变换器调制策略。该调制策略不仅省去了以往调制策略中对扇区的计算,算法简单,易于理解和实现,能够保证最大电压传输比0.866和输入功率因数可控;而且,该调制策略的构造方法具有通用性,对其他电力电子变换器调制策略的提出有指导作用。仿真和实验结果表明了这种方法的可行性和正确性。

电流连续功率因数校正器的电磁兼容问题研究

针对电力电子装置应用给电力系统带来谐波污染和功率因数下降的问题,讨论一种BOO ST型电流连续功率因数校正器,通过M ATLAB的仿真,分析了这种电路的电磁兼容问题,并给出了谐波抑制的若干方法,完成了样机试验。实验证明这种方法成本低,性能好,容易达到各项EM C标准,适用于中小功率电源。

两起继电保护误整定导致误跳闸事故分析

继电保护装置的正确动作是保证电力系统安全稳定运行的先决条件,而保护定值的误整定将会导致保护拒动或者误动。文章对一起误整定导致区外故障发生误跳闸和一起误整定导致负荷波动引发误跳闸案例进行分析,探讨导致断路器误跳闸的原因,提出杜绝此类事件再次发生的防范措施。

级联高频DC/DC变换系统的大信号稳定性研究

复杂电力电子系统的稳定性分析是电力电子集成系统的关键问题之一,尤其是大信号扰动下的稳定性。对直流分布式系统中最为常用的级联系统稳定性进行研究,基于Brayton-Moser混合势函数理论对其大信号稳定性特性进行分析,提出了解析形式的稳定性判据。所提出的稳定性判据形式简单,可在设计阶段为集成系统的稳定性设计提供理论依据,据此选择与系统需求匹配的功率模块,保证复杂系统的稳定性。实验结果验证了所提出稳定性判据的有效性。

新型级联式交流斩波器

两电平交流开关单元串联后可得到三电平交流开关单元,将其应用到基本变换器中,可以获得三电平交流变换器。本文将Buck型三电平和Boost型两电平交流变换器进行组合,提出了一种新颖的级联式交流斩波器,并研究了其工作原理。该交流斩波器能够将不稳定、畸变的高压交流电变换成稳定或可调的优质正弦交流电,具有功率变换级数少,双向功率流,前级开关管的电压应力可降低,输出电压波形质量好,可实现升降压变换,后级电压应力未降低等特点,适用于高输入电压的交流变换场合。针对浮动电容电压控制问题,本文还提出了相应的控制策略。实验结果充分证实了本文所提出的级联式交流斩波器及其控制策略的可行性和正确性。

正激式交-交型三电平AC/AC变换器

提出了正激式交-交型三电平AC/AC变换器电路拓扑,该电路拓扑由三电平变换器、高频变压器、输出周波变换器等构成,电路拓扑简洁,两级功率变换(LFAC/HFAC/LFAC)、双向功率流、高频电气隔离、输出滤波器前端获得三电平低频电压波,能够将一种不稳定畸变的高压交流电变换成同频率稳定的正弦交流电压,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器提供了技术基础。本文分析研究了这类变换器的电压瞬时值反馈控制策略、工作模式与稳态原理,给出了变换器外特性及磁复位所需满足的条件,并与传统的正激式两电平AC/AC变换器进行了比较,得出可以减小滤波电感并能降低主开关管电压应力等结论。最后通过原理试验波形充分证实了这类变换器的正确性和先进性。

一种新型阻抗源AC/AC变换器

设计并提出了一种具有大范围升降压功能的阻抗源AC/AC新拓扑,分析了电路的基本结构、工作原理,利用伏秒平衡原理推导了电路各部分的电压关系。采用脉冲宽度调制法(PWM)对占空比进行控制来调节输出电压。给出了电路在Matlab/Simulink下的仿真结果。最后在仿真的基础上搭建了基于DSP的实验电路,实验结果验证了该电路的可靠性和可行性。

单级并联式高功率因数直流不间断电源

提出了一类单级并联式高功率因数直流不间断电源(uninterruptible power supply,UPS)电路结构与拓扑族。它是由二极管整流桥与具有功率因数校正、不间断供电、快速输出电压调节等功能的并联式变换器构成。也可以看成是由主直流变换器、辅助直流变换器和充电器3个模块构成。以Buck-Boost式拓扑为例,深入分析研究了这类变换器的工作模式、稳态原理特性、控制策略,给出了关键电路参数设计准则。理论分析与试验结果表明,这类变换器具有单级功率变换、对负载真正的在线不间断供电、网侧功率因数高、蓄电池与电网高频电气隔离、输出电压调节速度快、不需故障检测及模式转换电路、体积重量小、成本低等优点。

单级组合式不间断高功率因数AC/DC变换器研究

提出了一类基于Boost-Flyback变换器的单级组合式不间断高功率因数AC/DC变换器电路结构与拓扑族。这类变换器由二极管整流桥和具有功率因数校正、不间断供电、输出电压快速调节等功能的Boost-Flyback变换器构成,可以将1种交流电压变换成所需要的输出直流电压。分析研究了这类变换器的3种工作模式(正常工作模式、后备工作模式、充电工作模式)、稳态原理特性、控制策略和关键电路参数设计准则,并给出了原理试验结果。这类变换器具有单级功率变换、不间断供电、网侧功率因数高、蓄电池与电网或负载高频电气隔离、输出电压调节速度快、体积重量小、成本低等优点。

用DSP和IGBT实现三相/三相矩阵变换器

矩阵变频器是一种新型的交 -交直接变换器 ,具有控制性能优良、成本低、结构紧凑可靠的优点。利用DSP和IGBT等构成矩阵变换器实验装置 。

全数字锁相环在可编程中频电源中的应用

本文提出了一种新的利用全数字锁相环实现中频电源的起动和跟踪方法。在文中详细的论述了全数字锁相环的构成,逐步分析了数字鉴相器,数字滤波器,数字震荡器的工作原理,并绘出了各个模块的工作时序图。通过线性近似,推导出全数字锁相环一阶和二阶系统的数学模型,对其进行了理论分析。仿真实验验证了这种全数字锁相环实现的可行性。最后提出了将全数字琐相环和失锁检测电路,扫描发生电路集成到FPGA中,这种全新的锁相环结构方式应用在整个中频控制系统中简化了结构,提高了控制系统的可靠性和集成度。