大功率变频器研制论文提纲

关键词：

论文题目：大功率IGCT交直交变频器关键技术的研究

摘要：本文针对大功率IGCT交直交变频器的器件开关特性、换流过程、电磁能量传递过程、拓扑结构衍化组合等问题进行了深入研究,研制了基于IGCT的10MVA/3.3kV NPC三电平交直交变频器和基于NPC/H桥的20MVA/6.6kV五电平变频器,完成了大功率负载实验和工程应用。论文提出了一种精确的IGCT和二极管的功能型仿真模型,研究了 IGCT器件开关过程的开通瞬态特性;研究了 RLCD、RLD+RCD、RLCD+RCD等三种不同类型缓冲电路应用时功率器件的开关瞬态特性,分析了开关瞬态过程各部件的损耗特性;提出一种新型RLCD+RCD缓冲电路的设计原则,在系统总损耗增加不多的条件下,提高变频器的最大输出容量。论文完整分析了基于IGCT的NPC三电平变频器换流过程,明确指出了变频器的换流阶段和换流路径,分析了杂散参数、二极管特性、缓冲电路、死区时间及箝位电阻等因素对换流过程的影响,推导了变频器运行过程中不同功率器件的电压、电流和损耗的分布特性。论文研究了 PWM交直交变频器的电磁能量变换传递过程,交直交变频器电磁能量变换过程依据不同的时间常数可分为电力电子器件的开关瞬态过程、交流与直流储能间的能量变换过程、交直交变频器有功能量传递过程等,提出了不同电路拓扑结构变频器中间直流储能电容的设计原则和计算公式。论文以基于IGCT器件的NPC三电平功率单元为基础,提出了多种功率单元组合衍化的变频器拓扑方案,分析了电机开绕组三电平、NPC/H桥五电平、NPC+NPC/H桥七电平等大功率变频器拓扑结构,给出了基于载波层叠的SPWM调制方式与输出谐波特性,并进一步提出了易于容量扩展、便于生产制造的超大容量交直交变频器拓扑结构衍化组合方案。基于上述研究内容,参与研制了基于IGCT的NPC三电平变频器和NPC/H桥五电平变频器,完成了器件开关瞬态测试、大功率负载测试等实验,实验结果验证了本文研究内容的正确性。

关键词：IGCT;缓冲电路;换流过程;电磁能量传递;直流储能

学科专业：冶金工程自动化

中文摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 大型轧机传动交直交变频调速系统的现状

1.2.2 大功率IGCT交直交变频器的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 IGCT器件开关瞬态过程研究

2.1 功率器件功能型仿真模型

2.1.1 IGCT功能型仿真模型

2.1.2 二极管功能型仿真模型

2.2 经典RLCD缓冲电路瞬态过程分析

2.2.1 开通瞬态过程分析

2.2.2 关断瞬态过程分析

2.3 不同类型缓冲电路瞬态过程分析

2.3.1 RLD+RCD缓冲电路

2.3.2 RLCD+RCD缓冲电路

2.4 缓冲电路损耗分析

2.4.1 开通瞬态过程损耗分析

2.4.2 关断瞬态过程损耗分析

2.4.3 开关瞬态过程损耗分析

2.5 增加RCD吸收回路对装置容量的影响

2.5.1 IGCT器件结温的影响

2.5.2 IGCT开通浪涌电流的影响

2.5.3 IGCT关断峰值电压的影响

2.5.4 RLCD+RCD缓冲电路系统效率分析

2.6 本章小结

第三章 基于IGCT的NPC变频器换流过程研究

3.1 NPC变频器换流过程分析

3.1.1 1100与0110间的换流过程

3.1.2 0110与0011间的换流过程

3.2 反并联二极管对IGCT瞬态特性的影响

3.3 死区时间、箝位电阻对换流过程的影响

3.4 IGCT器件承受的电压、电流及损耗分布

3.5 本章小结

第四章 交直交变频器电磁能量传递过程研究

4.1 交流与直流储能间的能量变换过程

4.1.1 NPC三电平变频器

4.1.2 NPC/H桥五电平变频器

4.2 交直交变频器直流储能电容设计

4.3 交直交变频器有功能量传递过程

4.4 本章小结

第五章 基于IGCT-NPC功率模块衍化组合的大功率变频器拓扑结构研究

5.1 基于NPC功率单元的三电平变频器

5.2 基于NPC功率单元的五电平变频器

5.3 基于NPC功率单元的七电平变频器

5.4 模块化衍化组合的大功率交直交变频器拓扑结构

5.5 本章小结

第六章 实验与工程应用

6.1 10MVA/3.3kV NPC三电平变频系统的研制

6.2 20MVA/6.6kV NPC/H桥五电平变频系统的研制

第七章 结论与展望

7.1 本文结论

7.2 工作展望

参考文献

致谢