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高压大功率高频DC-DC变换器研究
| 论文题名： | 高压大功率高频DC-DC变换器研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;直流-直流变换器;软开关技术;参数设计 |
| 摘要： | 城轨辅助逆变器是城轨电气化装备的核心组成部分，针对城轨辅助逆变器的性能优化研究是城市轨道交通电气化装备领域相关研究的重点。近年来，城轨辅助逆变器的高频化技术逐步成为了辅助逆变器相关研究的核心议题。目前，高压大功率电力电子装置的高频化技术主要包括模块化集成技术和软开关技术。其中，软开关技术由于其在开关电源领域的卓越表现获得了越来越多的关注。软开关技术从根本上克服了硬开关方式具有巨大的开关损耗这一固有缺陷，从这一点来说，它在高压大功率电力电子装备制造领域也应当能发挥其高效的性能。本文对城轨辅助逆变器的前级——DC-DC环节进行了软开关技术的适用性分析，设计了适用于高压大功率DC/DC变换器的软开关系统。对其稳定性进行了数学分析，并对其可行性进行了仿真和实验验证。 首先，本文研究了目前几种典型的软开关技术——移相全桥ZVZCS技术、移相全桥ZCS技术、ZCS准谐振技术以及ZCS PWM技术，并对这几种典型软开关技术进行了分析和比对，得出ZCS PWM准谐振变换器是最适用于本设计的一种软开关技术。 然后，本文对于ZCS PWM准谐振技术进行了进一步的研究，对于该型变换器的软开关过程进行了详细分析;基于工程应用的现实需求，给出了相应的拓扑改进策略;接着，本文对其软开关负载范围和系统参数之间的关系进行了数学定义，基于此得到了一种该型软开关系统的参数整定方法，给出了谐振电容和辅助开关管导通时间的取值过程。并结合列车和实验需要进行了主拓扑的参数选型，包括隔离变压器设计、滤波器设计等。 接着，本文基于状态空间平均法，给出了变换器系统在时域下的数学模型。基于李雅普诺夫第一方法给出了系统的稳定性边界，对系统的稳定性进行了验证。 最后，本文搭建了容量为32kW，开关频率为8kHz的实验样机，对本文所述的ZCS PWM准谐振变换器进行了功能验证以及高压大功率工况的可行性验证。经过波形测量和温度考核，证明该样机在规定的负载范围内均能实现软开关，温升情况在可控和可以接受的范围内。证明了本文所述的ZCS PWM准谐振软开关技术在城轨列车辅助变流器上有应用前景，本文所论述的ZCS PWM准谐振软开关的技术原理是正确的，参数设计是可靠和可行的。 |
| 作者： | 李超 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 邱瑞昌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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