本文關(guān)鍵詞：雙向半橋三電平DC-DC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制策略研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)有機(jī)車牽引系統(tǒng)中采用工頻變壓器進(jìn)行降壓,使整流器與牽引網(wǎng)電壓匹配；工頻變壓器的重量約占整個(gè)機(jī)車重量的15%。為了減小機(jī)車牽引系統(tǒng)的重量和體積實(shí)現(xiàn)輕量化、滿足更強(qiáng)運(yùn)輸能力、更快運(yùn)行速度的要求,車載電力電子變壓器成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。基于二極管箝位三電平的電力電子變壓器,能減少級(jí)聯(lián)模塊數(shù)量、提高系統(tǒng)可靠性,是一種可行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。二極管箝位雙向半橋三電平DC-DC變換器作為系統(tǒng)的重要組成部分,具有高頻電氣隔離、功率雙向流動(dòng)和電壓調(diào)整的作用,本文以雙向半橋三電平DC-DC變換器作為研究對(duì)象,研究了傳輸相同功率下使電感電流有效值最小的控制方法。首先,討論了雙向半橋三電平DC-DC變換器在結(jié)構(gòu)上相對(duì)于雙向全橋和雙向半橋DC-DC變換器的優(yōu)勢(shì)。分析了雙向半橋三電平DC-DC變換器采用移相控制的工作原理、功率傳輸特性和軟開(kāi)關(guān)范圍。為了利用變換器兩側(cè)橋臂均可輸出三電平的優(yōu)勢(shì),針對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出了一種通過(guò)控制開(kāi)關(guān)信號(hào)脈沖寬度的雙邊三電平調(diào)制方法；并通過(guò)Matlab仿真驗(yàn)證了該調(diào)制方法的可行性。在上述工作的基礎(chǔ)上,分析了變換器采用單邊三電平控制的工作原理、功率特性和軟開(kāi)關(guān)范圍。分析發(fā)現(xiàn),采用單邊三電平控制可以使變換器在整個(gè)傳輸功率范圍內(nèi)滿足ZVS (Zero Voltage Switching)條件,同時(shí)通過(guò)優(yōu)化控制高壓側(cè)橋臂端口電壓的占空比和兩側(cè)電壓之間的移相比,可以顯著減小電感電流的有效值；但是采用該控制方法,輕載載時(shí)仍存在較大電流。為了進(jìn)一步減小電感電流有效值,論文研究了變換器采用雙邊三電平控制的工作原理、功率特性和軟開(kāi)關(guān)范圍,給出了傳輸一定大小的功率時(shí)使電感電流有效值最小的兩側(cè)電壓占空比D,、仍和移相比Dφ之間的關(guān)系,理論分析表明輕載時(shí)采用雙邊三電平控制比采用移相控制和單邊三電平控制使得電感電流有效值更小。在Matlab/Simulink搭建了三種控制方法的仿真模型,通過(guò)仿真驗(yàn)證了單邊三電平控制和雙邊三電平控制的可行性和有效性。最后,搭建了一套基于FPGA的800W實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所研究的雙邊三電平調(diào)制、單邊三電平控制和雙邊三電平控制的可行性;同時(shí),雙邊三電平控制在輕載時(shí)可以顯著減小電感電流有效值,提高變換器的效率。
【關(guān)鍵詞】：電力電子變壓器 雙向半橋三電平DC-DC 電流有效值最小控制 輕載效率優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM46
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景和意義11-14
• 1.2 隔離型雙向DC-DC變換器的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 雙向半橋三電平DC-DC結(jié)構(gòu)分析及調(diào)制策略研究17-28
• 2.1 雙向半橋三電平DC-DC變換器結(jié)構(gòu)分析17-19
• 2.2 雙向半橋三電平DC-DC變換器移相調(diào)制策略研究19-23
• 2.2.1 移相調(diào)制的工作原理19-20
• 2.2.2 移相控制下變換器的功率特性20-21
• 2.2.3 移相控制下變換器的軟開(kāi)關(guān)特性21-23
• 2.3 雙邊三電平調(diào)制策略研究23-27
• 2.3.1 雙移相調(diào)制策略及存在的問(wèn)題23-25
• 2.3.2 雙邊三電平調(diào)制原理分析25-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 第3章 單邊三電平控制28-48
• 3.1 單邊三電平控制下變換器的工作原理28-35
• 3.1.1 k≤1變換器的工作原理28-32
• 3.1.2 k>1時(shí)變換器的工作原理32-35
• 3.2 單邊三電平控制下變換器的功率特性35-39
• 3.2.1 k≤1時(shí)變換器的功率特性35-38
• 3.2.2 k≤1時(shí)變換器的功率特性38-39
• 3.3 單邊三電平控制下變換器的軟開(kāi)關(guān)范圍39-43
• 3.3.1 k≤1時(shí)變換器的軟開(kāi)關(guān)特性39-41
• 3.3.2 k>1時(shí)變換器的軟開(kāi)關(guān)特性41-43
• 3.4 單邊三電平控制的控制參數(shù)優(yōu)化43-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第4章 雙邊三電平控制48-65
• 4.1 雙邊三電平控制下變換器的工作原理48-51
• 4.2 雙邊三電平控制下變換器的工作特性51-56
• 4.2.1 變換器的功率特性51-53
• 4.2.2 變換器的軟開(kāi)關(guān)特性53-56
• 4.3 雙邊三電平控制的參數(shù)優(yōu)化56-61
• 4.4 優(yōu)化控制方法的實(shí)現(xiàn)61
• 4.5 仿真驗(yàn)證61-64
• 4.6 本章小結(jié)64-65
• 第5章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證65-79
• 5.1 FPGA及Verilog HDL語(yǔ)言65
• 5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案65-70
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)65-67
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制器結(jié)構(gòu)67-70
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果70-78
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作波形70-71
• 5.3.2 電流有效值最小的優(yōu)化控制實(shí)驗(yàn)71-76
• 5.3.3 三種控制方式的電流有效值和效率對(duì)比76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論和展望79-80
• 致謝80-81
• 參考文獻(xiàn)81-86
• 附錄86-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果87

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