基于RB-IGBT的T型三电平逆变器及其软开关技术研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hansenhuang1983
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随着社会经济的发展和节能减排的需要,各行业对逆变器输出电压电流波形质量提出更高的要求,三电平逆变器以其输出电压谐波含量低、电磁干扰小等优点得到日益广泛的关注,在轨道交通、光伏及不间断供电电源等领域均有应用。与二极管箝位型逆变器相比,T型三电平逆变器的器件数目更少、导通损耗少,具有一定优势。传统T型三电平逆变器箝位桥臂由两个普通IGBT反向串联组成,随着逆阻型IGBT(reverse blocking IGBT,RB-IGBT)器件面世,其代替普通IGBT反向并联组成箝位桥臂,且RB-IGBT的导通损耗更小,能提高逆变器效率。基于此,本文将全面对比基于RB-IGBT的T型三电平逆变器和传统两电平逆变器的输出特性及效率,并在T型三电平逆变器基础上引入软开关技术,对基于RB-IGBT的T型三电平逆变器及其软开关技术进行较为深入的研究,搭建相关仿真模型及实验平台,验证基于RB-IGBT的T型三电平逆变器的可行性。本文将从以下几方面进行研究:首先分析基于RB-IGBT的T型三电平逆变器的工作原理,建立三电平逆变器仿真模型,并在实验平台上测试基于RB-IGBT的T型三电平逆变器的相关特性。此外,论文以传统两电平逆变器为参考,从输出特性及效率两方面对基于RB-IGBT的T型三电平逆变器展开全面研究。针对输出特性,从仿真及实验两方面验证基于RB-IGBT的T型三电平逆变器输出特性优于传统两电平逆变器,表现在更低的输出电压谐波、更低的滤波电感纹波电流及更高的电压利用率。针对效率分析,本文推导了基于RB-IGBT的T型三电平逆变器与传统两电平逆变器中直流侧电容损耗及开关器件总损耗的公式,计算结果表明两种逆变器的直流侧电容损耗相同;同时,T型三电平逆变器的导通损耗较两电平逆变器更低,且随着功率等级的升高其导通损耗优势更明显,但T型三电平逆变器开关损耗高于两电平逆变器,综上,基于RB-IGBT的T型三电平逆变器适于在低频大功率场合推广使用。最后,为降低基于RB-IGBT的T型三电平逆变器的开关应力、优化电磁干扰特性,同时降低开关损耗,本文进一步研究了基于RB-IGBT三电平逆变器的软开关技术。首先分析T型三电平软开关逆变器的工作原理,理论推导逆变器实现软开关技术的条件并进行参数设计;然后建立理想实验条件及加入寄生参数条件下的软开关逆变器模型,提出方案解决寄生参数引发的震荡问题。最后设计并搭建实验平台,进一步验证基于RB-IGBT的T型三电平软开关逆变器的可行性。
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