级联h桥式高压变频器主电路及参数研究
3.0
2025-05-22
73
4
4.39MB
47 页
10龙币
侵权投诉
摘要
论文题目：级联Ｈ桥式高压变频器主电路及参数研究
学科专业：电力电子与电力传动
研究生：李卫宁
指导教师：李守智教授
摘 要
ｆＩＩＩ
Ｉ
Ｉ
Ｕ
ｒｌ
ｌｉ
ｔ
ＩＩ
ＩＩＩ
Ｉ
ＩＩＩＩ
Ｙ２１
１
８０４９
签名：鱼生
签名：弛
随着电力电子器件的发展及相关技术的进步，高压变频器生产技术已逐步趋向成熟。
市场上，３ＫＶ及以下主要以二极管箝位三电平结构为主，６ＫＶ～１０ＫＶ主要以级联Ｈ桥式
多电平结构为主。本文选择级联Ｈ桥式高压变频器进行研究，具体工作如下：
详细分析了目前常用的几种高压变频器拓扑结构的优缺点，在此基础上确定了本设计
的方案为级联Ｈ桥式高压变频器，并且设计了系统结构。首先设计移相变压器相关参数，
由于功率单元为功率变换的主体，本文主要针对功率单元设计相关的保护电路，包括：开
启电源限流电路、制动电路、逆变单元ＩＧＢＴ缓冲电路及旁路装置，并详细计算主电路及
保护电路的参数，而且在ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ和ＰＳｐｉｃｅ中搭建仿真模型，仿真分析滤波电
容和限流电阻对电路的影响及缓冲电路各参数对吸收效果的影响。对于整个系统，讨论了
旁路对三相输出电压的影响及低频时系统的输出情况。最后在实验室搭建实验模型，进行
了单相两单元级联的实验研究，所得实验结果与仿真结果验证理论的可行性。
关键词：级联Ｈ桥式高压变频器、功率单元、吸收电路、仿真
第１章绪论
１绪论
１．１课题背景及研究意义
本文针对６ＫＶ／３００ＫＷ级联Ｈ桥式高压变频器，进行系统的结构及参数设计。
当今世界，能源成为国民经济发展的支柱，能源短缺与环境污染现状制约着国家工业
的发展，节能与环保成为发达国家和发展中国家等共同关注的话题。高压变频器作为节能
的重要手段，已经在电力系统中得到了广泛应用【１１。
随着电力电子器件的发展及相关技术的进步，高压变频器生产技术已逐步趋向成熟，
并逐步得到了用户的认识、认可，在电力、冶金、石油石化、市政供水及污水处理、矿山、
水泥制造、造纸等行业得到了越来越广泛的应用。交流变频调速是当今节电、提高自动化
水平及改善工艺流程以提高产品质量、劳动生产率、改善环境的一种重要手段，变频调速
具有优异的调速性能、软启动功能、高效率、高功率因数，及良好的节电性能，尤其是在
高压大容量的情况下【２】。
我国高性能、高可靠的高压变频器市场潜力巨大，应用前景十分广阔，目前国内在高
压变频调速领域展开了积极的研究。高压变频器在冶金、石化、水泥等高耗能、高污染的
行业得到大量应用，其中北京利德华福电气技术有限公司自１９９９年开始研发生产，截至
２００７年１０月份已经累计销售１０００套，最大容量达到５６００ｋｗ／１０ｋｖｌ３１。
１．２级联Ｈ桥式高压变频器发展现状
通常，我们把用来驱动ｌｋＶ以上交流电动机的中、大容量变频器称为中高压变频器。
且我们习惯上把额定电压为ｌｋＶ、２ｋＶ、３ｋＶ、６ｋＶ、１０ｋＶ的电动机称为中高压电动机【４】【５】。
高压变频器的发展可分为两个阶段，第一阶段是以晶闸管作为主要电力电子器件的交
一交型高压变频器产品；第二阶段是广泛采用了双极性晶体管、绝缘栅双极性晶体管、集
成门极换流晶闸管等电力电子器件的交一直一交型高压变频器产品【６】【７１。
目前高压变频器典型结构有：功率器件直接串联式结构、二极管箝位三电平结构、级
联Ｈ桥式多电平结构。市场上，３ＫＶ及以下主要以二极管箝位三电平结构为主，６ＫＶ～ＩＯＫＶ
主要以级联Ｈ桥式多电平结构为主。级联Ｈ桥式高压变频器是目前应用最为广泛的拓扑
结构，它具有以下优点：输入侧对电网污染小；输出电压接近正弦波，不需要输出滤波器；
结构简单，易模块化；控制方法简单等等，这些优点使得级联Ｈ桥式高压变频器在电力
拖动领域尤其是在风机、水泵等调速性能要求不高的场合应用前景广阔。
以下是目前论文中研究的主要内容：
文献［８１【１５】【１６１分析比较了几种高压变频器的主电路拓扑结构的优缺点，证实
级联型多电平高压变频器在高电压等级为目前最优方案。
文献１２１详细介绍了高压变频器系统设计，主要包括移相变压器的结构设计及参数
设定，功率单元电路的功能设计及主要参数选择，控制系统的研究。功率单元功能设计包
括软启动环节、制动电路、ＩＧＢＴ缓冲电路的设计及参数选择。
文献［３４１介绍了选用能耗制动变频器的原则，需要配置能耗制动电阻的原因。在此
西安理工大学硕士学位论文
基础上具体讨论了能耗制动电阻阻值和功率的计算方法。最后介绍了在实际工程中安装能
耗制动电阻时的注意事项。
文献【３７】详细讨论了逆变单元ＩＧＢＴ缓冲吸收电路，针对目前常用的三种缓冲电路，
通过理论分析及仿真确定最佳的缓冲电路拓扑结构和参数范围。
文献【３８】简单阐述了级联型多电平高压变频器的工作原理，介绍了其仿真建模过程，
仿真结果表明该级联型多电平高压变频器谐波污染小，输入功率因数高，输出波形好，不
必采用输入谐波滤波器和功率因数补偿装置。
从以上文献可以看出，级联Ｈ桥式多电平高压变频器在高电压等级是目前高压变频
器的最优方案，其应用比较多。在级联Ｈ桥式高压变频器中，功率单元作为功率变换的
主题，其故障保护十分重要，但是由于以上文献对其保护设计大多限于理论分析，对其结
构和参数的分析还很不足。所以本文主要讨论研究功率单元的故障保护，包括软开启电源
限流电路、逆变单元ＩＧＢＴ缓冲电路、制动电路以及旁路装置。
１．３课题的目的和任务
本文以目前电气传动应用领域中广泛采用的交．直．交电压型ＳＰＷＭ变频调速系统为
研究对象，具体的电路拓扑结构选择了应用很广的带独立直流电源的级联Ｈ桥式多电平
结构，所研究的主要内容如下：
（１）充分分析现存的高压变频器的电路拓扑结构，对几种拓扑结构进行分析，在
此基础上，确立本文的设计方案为级联Ｈ桥式高压变频器。
（２）对级联Ｈ桥式高压变频器整个系统进行设计。首先设计移相变压器相关参数，
然后详细对功率单元保护进行详细的设计，包括：开启电源限流电路、ＩＧＢＴ吸收电
路、制动电路及旁路装置，并计算主电路及保护电路的参数。
（３）在ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ中搭建仿真模型，对整个系统进行仿真研究。对单个功
率单元进行仿真时，分析滤波电容及限流电阻对电路的影响。对于整个系统，讨论
了旁路对三相输出电压的影响及低频时系统的输出情况。用ＰＳｐｉｃｅ软件对三种常用
缓冲电路，以及Ｂ型缓冲电路的参数对器件关断电压的影响进行详细的仿真研究。
最后针对本系统设计合适的缓冲电路。
（４）在实验室搭建实验模型，并进行两单元级联的单相实验。
２
摘要：
展开>>
收起<<
ժҪÂÛÎÄÌâÄ¿£º¼¶ÁªHÇÅʽ¸ßѹ±äƵÆ÷Ö÷µç·¼°²ÎÊýÑо¿Ñ§¿Æרҵ£ºµçÁ¦µç×ÓÓëµçÁ¦´«¶¯Ñо¿Éú£ºÀîÎÀÄþÖ¸µ¼½Ìʦ£ºÀîÊØÖǽÌÊÚժҪfIIIIIUrllitIIIIIIIIIIY2118049Ç©Ãû£ºÓãÉúÇ©Ãû£º³ÚËæ×ŵçÁ¦µç×ÓÆ÷¼þµÄ·¢Õ¹¼°Ïà¹Ø¼¼ÊõµÄ½ø²½£¬¸ßѹ±äƵÆ÷Éú²ú¼¼ÊõÒÑÖð²½Ç÷Ïò³ÉÊì¡£Êг¡ÉÏ£¬3KV¼°ÒÔÏÂÖ÷ÒªÒÔ¶þ¼«¹ÜóéλÈýµçƽ½á¹¹ÎªÖ÷£¬6KV¡«10KVÖ÷ÒªÒÔ¼¶Á...
声明：本站是提供个人知识管理的网络存储空间，所有内容均由用户发布，不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息，谨防诈骗。如发现有害或侵权内容，请点击侵权投诉。
分类：实用文档
价格：10龙币
属性：47 页
大小：4.39MB
格式：PDF
时间：2025-05-22
冀公网安备13010802002329
