低开关频率下三电平变换器调制策略研究

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1、硕士学位论文低开关频率下三电平变换器调制策略研究ResearchonModulationStrategyoftheThreeLevelConverteronLowSwitchingFrequency作者：吴强导师：伍小杰中国矿业大学二○一五年五月中图分类号TM46学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学学术型硕士学位论文低开关频率下三电平变换器调制策略研究ResearchonModulationStrategyoftheThreeLevelConverteronLowSwitchingFrequency作者吴强导师伍小杰申

2、请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向变频器调制策略答辩委员会主席评阅人二○一五年五月论文审阅认定书研究生吴强在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢时间如奔驰的骏马，瞬间飞过了三个春秋，研究生生活即将结束，回望过去三年，点点滴滴好似在眼前。首先我要感谢我的导师伍小杰教授，伍老师严谨的治学态度、渊博的知识及不辞辛劳

3、的工作精神使我崇敬，此般施教当成为我一生智慧的来源。伍老师在我的学习、生活、人生道路上给了极大的帮助，这里致以最诚挚的感谢。感谢伍老师及课题组各位老师三年内在我的学习与生活中给予的关怀和指导，感谢课题组已毕业的袁庆庆博士、在读的公铮博士，王钊，张婷婷，苗文彬，赵明龙，朱茂森，吴斌，钱建，石翔龙，宋沅鸿等同学给予的帮助与指导，感谢204B课题组的各位同学在科研道路上的相互陪伴与支持。感谢母校中国矿业大学和信电学院在我科研道路上的支持。感谢我的家人在生活上对我无微不至的照顾。非常感谢各位专家在百忙之中评阅本文。摘要大功率变流器在工业生产中的

4、广泛应用，是我国能源节约计划的重要举措。大功率半导体器件受工艺、功耗等的限制，往往只能在较低的开关频率(≤500Hz)下工作。本文以二极管箝位型三电平逆变器为对象，研究两种低开关频率下空间矢量调制策略；以三相桥式可控整流电路为对象，研究一种四象限整流器低开关频率下的简化调制策略。首先，针对传统的对称规则采样SVPWM在低开关频率下输出谐波性能差的问题，分别对采样频率和开关频率进行控制，使得采样频率是开关频率的2倍，实现不对称规则采样空间矢量调制(AsymmetricSpaceVectorModulationAlgorithm,ASVM)

5、。利用二重傅里叶分析证明，在谐波含量方面，不对称采样调制相对于对称采样调制，可以减少部分基带谐波与边带谐波。Matlab/Simulink仿真对比ASVM与传统SVPWM的谐波性能，分析ASVM在低开关频率下降低谐波含量的情况。其次，通过分析同步对称波形的特征，研究三电平SVPWM同步对称调制时需满足的基本条件；详细研究同步对称调制的开关切换规则和具体实现步骤，使输出电压波形在任意整数脉冲下，实现同步、三相对称、1/2周期对称、1/4周期对称的调制效果。采用傅里叶分析理论证明同步对称的线电压不含偶次谐波、3及3的倍数次谐波，输出电压电流

6、总谐波畸变率更低。研究同步对称调制下死区补偿与过调制补偿的方法。仿真验证该调制算法的可行性与有效性，并与传统异步调制SVPWM、相同脉冲数下SHEPWM的调制效果作对比，分析谐波特征。然后，研究四象限整流器简化调制策略，以电网同步开关方式控制IGBT，开关频率仅为50Hz。详细分析整流和回馈时，电路的工作原理和换流过程。利用傅里叶理论分析整流和回馈时网侧电流的谐波特性，当调制策略拓展至12脉波整流电路时，分析此时的电流谐波优化情况。建立整流器模型，研究电感电容的选型方法或给出参考值。仿真证明整流器整流和回馈时该调制策略的可行性，分析进线

7、电感对整流器性能的影响与网侧电流谐波含量。最后，搭建三电平二极管箝位型逆变器和三相桥式整流器硬件平台完成实验，设计DSP和FPGA算法，验证上述调制算法在低开关频率不同调制度下的有效性，分析整流器在整流和回馈时电流谐波特性。关键词：低开关频率；不对称采样；同步对称；傅里叶分析；整流回馈IAbstractHighpowerconverteriswidelyusedinindustrialproduction,whichisanimportantpartoftheenergyconservationplaninourcountry.Limi

8、tedbythemanufacture,powerandsomeotherfactors,highpowersemiconductordeviceshavetoworkunderlowswitchingfr