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原文传递城轨高频充电机软开关技术研究

论文题名：	城轨高频充电机软开关技术研究
关键词：	城市轨道交通列车;充电机;软开关;拓扑结构;数字控制系统
摘要：	充电机是城市轨道交通列车的重要组成设备，其性能的好坏将直接影响到整车的安全运行。随着电力电子设备不断向高频化、轻量化方向发展，开关损耗问题日益严重，功率密度较高的充电机往往会因开关器件温升过高而损坏，冗杂的吸收电路更是降低了系统可靠性，整体效率受到极大影响。在此情况下，软开关技术受到了越来越多的关注，它可以有效减小开关损耗，从根本上克服硬开关变流器的固有缺陷。因此，针对城轨高频充电机的软开关应用技术展开广泛而深入的研究是十分必要的。　　本文首先以充电机常见拓扑形式——全桥DC/DC变换器为研究切入点，详细探究了移相控制下该种电路拓扑的三种软开关形式:ZVS、ZCS以及ZVZCS，同时列举了八种不同结构的ZVZCS电路，并分别指出了它们的优缺点。　　在此基础上，选取滞后臂串联二极管的ZVZCS拓扑进行重点研究，通过分析其工作过程，得到了主回路的解析模型，继而经过归纳总结，提出了软开关边界不等式组和一种新型的参数设计方法，给出了隔直电容、超前臂IGBT并联电容以及驱动脉冲死区时间的取值过程，并通过Matlab软件进行功能性仿真，将所获结果与理论计算值进行对比，验证了所提出设计方法的正确性。　　接着，面向城轨高频软开关充电机的应用需求，本文设计了基于DSP+FPGA的数字控制系统，分别论述了主控核心、AD采样单元、脉冲驱动单元以及保护单元的结构与功能，给出了程序流程图，并对数字滤波、PI控制等关键环节进行了着重介绍。　　最后，作者搭建了容量为6kW，开关频率为20kHz的软开关充电机样机，进行了功能实验和温升考核实验，给出了主要实验波形。经测量，样机满载效率由原来的92％提高到94％，IGBT温升较硬开关明显降低。　　实验结果表明，本文对主电路拓扑进行的理论分析是正确而合理的，所提出的软开关参数设计方法具有一定的工程化应用价值。
作者：	孙涛
专业：	电气工程
导师：	刘志刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文