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双向半桥三电平DC-DC变换器拓扑结构及控制策略研究
| 论文题名： | 双向半桥三电平DC-DC变换器拓扑结构及控制策略研究 |
| 关键词： | 机车工程;直流-直流变换器;电流有效值;控制方法;拓扑结构 |
| 摘要： | 现有机车牵引系统中采用工频变压器进行降压，使整流器与牵引网电压匹配;工频变压器的重量约占整个机车重量的15％。为了减小机车牵引系统的重量和体积实现轻量化、满足更强运输能力、更快运行速度的要求，车载电力电子变压器成为当前研究热点。基于二极管箝位三电平的电力电子变压器，能减少级联模块数量、提高系统可靠性，是一种可行的拓扑结构。二极管箝位双向半桥三电平DC-DC变换器作为系统的重要组成部分，具有高频电气隔离、功率双向流动和电压调整的作用，本文以双向半桥三电平DC-DC变换器作为研究对象，研究了传输相同功率下使电感电流有效值最小的控制方法。 首先，讨论了双向半桥三电平DC-DC变换器在结构上相对于双向全桥和双向半桥DC-DC变换器的优势。分析了双向半桥三电平DC-DC变换器采用移相控制的工作原理、功率传输特性和软开关范围。为了利用变换器两侧桥臂均可输出三电平的优势，针对该拓扑结构，提出了一种通过控制开关信号脉冲宽度的双边三电平调制方法;并通过Matlab仿真验证了该调制方法的可行性。 在上述工作的基础上，分析了变换器采用单边三电平控制的工作原理、功率特性和软开关范围。分析发现，采用单边三电平控制可以使变换器在整个传输功率范围内满足ZVS(Zero Voltage Switching)条件，同时通过优化控制高压侧桥臂端口电压的占空比和两侧电压之间的移相比，可以显著减小电感电流的有效值;但是采用该控制方法，轻载载时仍存在较大电流。 为了进一步减小电感电流有效值，论文研究了变换器采用双边三电平控制的工作原理、功率特性和软开关范围，给出了传输一定大小的功率时使电感电流有效值最小的两侧电压占空比D1、D2和移相比Dψ之间的关系，理论分析表明轻载时采用双边三电平控制比采用移相控制和单边三电平控制使得电感电流有效值更小。在Matlab/Simulink搭建了三种控制方法的仿真模型，通过仿真验证了单边三电平控制和双边三电平控制的可行性和有效性。 最后，搭建了一套基于FPGA的800W实验系统，并进行了相关实验。实验验证了本文所研究的双边三电平调制、单边三电平控制和双边三电平控制的可行性;同时，双边三电平控制在轻载时可以显著减小电感电流有效值，提高变换器的效率。 |
| 作者： | 况祖杭 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 舒泽亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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