电压型三电平变换器设计

西南交通大学本科毕业设计（论文）电压型三电平变换器设计年级：2006级学号：20061676姓名：石勇专业：电气工程及其自动化指导老师：庄圣贤2010年6月西南交通大学本科毕业设计(论文)第I页院系电气工程学院专业电气工程及其自动化年级2006级姓名石勇题目电压型三电平变换器设计指导教师评语指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩委员会主任(签章)年月日西南交通大学本科毕业设计(论文)第Ⅱ页毕业设计（论文）任务书班级06级电气3班学生姓名石勇学号20061676发题日期：2010年3月1日完成日期：6月7日题目电压型三电平变换器1、本论文的目的、意义：随着太阳能电池、国内高速铁路、通讯电源的发展，三电平变换器越来越受到关注。三电平变换器具有开关管电压应力低、输出滤波小等优点，适用于高输入/输出电压的功率变换场合。因此研究三电平变换器及其软开关技术具有十分重要的意义。2、学生应完成的任务：对各种三电平变换器的特点，以及优缺点进行探讨；用脉冲波形积分法进行数学建模；探讨三电平变换器的控制策略，并对三电平变换器的中点电压不平衡问题进行分析；以MATLAB/SIMULINK为软件平台，设计一个三电平变换器的仿真模型。西南交通大学本科毕业设计(论文)第III页3、论文各部分内容及时间分配：（共12周）第一部分：查阅与之相关的文献资料，总结我国三电平变换器方面的研状现状，复习电力电子技术有关三电平变换器的知识，掌握这类变换器基本平衡原理。（6-7周）第二部分：学习MATLAB/SIMULINK工具模板、控制模板和功能模板的各种工具的基本使用方法。(8-9周)第三部分：以MATLAB/SIMULINK为软件平台，设计一个三电平变换器仿真模型。(10-13周)第四部分：对设计给出电路拓扑图和控制策略的详细说明。(14-15周)第五部分：总结所有工作，整理完成相关的毕业设计文件。（16-17周）评阅及答辩(周)备注指导教师：年月日审批人：年月日西南交通大学本科毕业设计(论文)第IV页摘要三电平逆变器具有开关管电压应力低、输出谐波小等优点，自1980年由A.Nabae等人提出后，吸引了众多学者的研究兴趣，先后提出了二极管箝位型、飞跨电容型和级联型三电平逆变器和多电平逆变器，并广泛应用于交-直流能量转换、高压大容量交流电机变频调速、电能质量控制等领域。将三电平和多电平逆变器的概念用于直流变换器，可以得到三电平和多电平直流变换器，同样具有降低开关管电压应力、减小输入输出滤波器等优点，适用于高输入/输出电压的功率变换场合。因此研究三电平变换器及其软开关技术具有十分重要的意义。三电平变换器的开关应力为输入直流电压的一半，非常适合于输入电压高、输出功率大的场合。因此，三电平变换器引起了广泛关注，得到了长足发展。目前，三电平技术在已有的变换器中，均得到了良好的应用。部分三电平变换器在降低开关电压应力的同时，还大大减小了滤波器的体积，提高了变换器的动态特性。三电平技术的应用，充分体现了“采用有源控制的方式减小无源器件体积”的思想。本文分析了以BuckTL变换器的推导思路推广到所有直流变换器中，推导出Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk、Sepic和Zeta等6种非隔离的TL变换器，并分析了一种复合式全桥TL变换器。用脉冲波形积分法对输入输出共地的三电平变换器进行统一建模。以输入输出共地的Buck三电平变换器为例，详细阐明了其统一建模原理。并探讨了三电平SPWM调制技术和三电平SVPWM调制技术。简要介绍了MATLAB软件，在MATLAB/Simulink仿真环境下建立了二极管箝位型TL逆变器的仿真模型，对仿真结果进行分析，并得出相关结论。关键词：三电平；中点电压平衡；二极管箝位；仿真与分析西南交通大学本科毕业设计(论文)第V页AbstractThree-levelinverterhastheadvantagesofthelowswitchvoltagestressandthelowoutputharmonic.Since1980,submittedbyA.Nabaeandothers,itattractedtheinterestofmanyscholars.Hasputforwarddiodeclamped,flyingcapacitor,andcascadethree-levelinverterandmulti-levelinverter,andiswidelyusedinAC-DCpowerconversion,highvoltagelargecapacityACmotorvariablefrequencyspeedcontrol,powerqualitycontrolandotherfields.Thethree-levelandmulti-levelinverterconceptfortheDC-DCconverter,canbemulti-levelandthree-levelconverter,thesamecanreduceswitchvoltagestress,reducinginputandoutputfilters,soissuitableforhighinput/outputvoltageofpowertransformationoccasions.Soresearchthethree-levelconvertersandsoft-switchingtechnologyisofgreatsignificance.Three-levelconverterswitchvoltagestressishalfoftheDCinput.Soitisverysuitableforhighinputvoltage,outputpoweroftheoccasion.Therefore,thethree-levelconverterhasarousedwidespreadattentionandhasmadeconsiderableprogress.Currently,three-levelconvertertechnologyintheexistingallhaveagoodapplication.Partofthethree-levelconverternotonlyreducethevoltagestressoftheswitch,butitisalsogreatlyreducedthesizeofthefilterandimprovethedynamiccharacteristicsoftheconverter.Three-leveltechnology,fullyembodiesthewayofusingactivecontrolofpassivecomponentssizereductionideology.ThispaperanalyzestheBuckTLconvertertoinferringextendedtoallDCconvertersuchasBuck,Boost,Buck-Boost,Cuk,SepicandtheZetaandothersixnon-isolatedTLconverters.Integrationwithapulseoutputoftheinputtothethree-levelconverterforUnifiedModeling.TaketheinputandoutputoflandBuckThree-LevelConverterforexampleandspellsouttheprinciplesofitsunifiedmodeling.Andtoexplorethethree-levelSPWMmodulationandthree-levelSVPWMmodulation.BrieflyintroducedtheMATLABsoftware,andestablishthediodeclampedinverterTLsimulationmodelintheMATLAB/Simulinksimulationenvironment.Somerelevantconclusionsaredrawnafteranalyzingthesimulationresults.Keywords:three-level;themid-pointvoltagebalance;diodeclamp;simulationandanalysis西南交通大学本科毕业设计(论文)第VI页目录第1章绪论...................................................................................................................................11．1课题的研究背景.............................................................................................................11．1．1太阳能电池........................................................................................................11．1．2国内高速铁路的快速发展................................................................................11．1．3通讯电源............................................................................................................11．2三电平变换器的发展现状.............................................................................................21．3三电平变换器的发展意义.............................................................................................31．4本文所做工作.................................................................................................................4第2章三电平直流变换器的推导和简化...................................................................................62.1TL变换器的推导..............................................................................................................62.2TL变换器的改进和简化..................................................................................................92.3复合式全桥TL变换器..................................................................................................132.4三电平波形存在的可能性...........................................