电力电子变压器直流母排杂散电感的研究

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电力电子变压器(Power Electronic Transformer),简称PET,其通过电力电子器件和电力电子变流技术,对能量进行转换与控制。相比于传统的电力变压器,它具有电能转换效率高、对电网污染小、高度的可控性以及体积小重量轻等优点,在未来电网的发展中有广阔的前景。在电力电子变压器中常用母排连接功率模块和支撑电容,而直流母排在工作中会产生杂散电感,杂散电感在IGBT关断瞬间会造成瞬时的电压冲击和较强的电磁干扰,这将降低功率模块的开关性能,甚至损坏功率模块,从而影响PET的可靠工作和寿命。针对杂散电感引起IGBT在关断时产生的电压尖峰这一问题,首先,本文对直流母排的结构及应用原理进行了深入的分析与说明,并利用Simplorer软件对本文所用IGBT进行精确的建模,将IGBT的实际参数拟合到所建的模型中。在此基础上通过该软件搭建半桥电路仿真模型,对比不同杂散电感对IGBT开通和关断暂态特性的影响,说明杂散电感对变流器的不利影响。其次,对直流母排的杂散电感与其结构和电容布局之间的关系进行研究。利用Q3D软件对不同尺寸、开孔、开槽、折弯及器件布局等母排常见的结构进行建模与杂散电感提取,结合对母排中电流流通路径的分析,建立了不同母排结构与杂散电感大小之间的关系,提出了一种基于改善电流流通通道的低感母排结构优化方法。采用该方法对现有的一台有源电力滤波器母排结构进行优化设计,实验对优化前后母排杂散电感进行测量,对比证实了该结构优化方法的正确性。另外对母排上电容的布局与杂散电感的关系进行研究,研究表明直流侧与电容两端布局比直流侧与电容同侧布局时的杂散电感小、电容分侧布局比电容单侧布局时的杂散电感小,然后设计出一套可组合式的母排,验证了上述两种电容布局方法可有效降低母排中杂散电感的总量。最后,对母排温度与通入电流频率对杂散电感的影响进行研究。先分析引起母排温升的机理,指出温度对母排材质物理参数的影响,发现温度对杂散电感的影响不大,但是会引起母排等效电阻的增大,降低了母排载流量。电流频率对母排杂散电感的影响,通过Q3D软件进行建模仿真,对出现的趋肤效应与邻近效应进行分析,发现杂散电感随电流频率的增大而略有减小,但其同样会使母排的等效电阻增大。
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