含交-直流側(cè)功率解耦模塊的單相變換器設(shè)計(jì)與可靠性評估.pdf

1、分類號 密 級 公開00匸 學(xué) 校 代 碼10497學(xué) 位 論 文題 目 含交^ 直流側(cè)功率解耦模塊的單相變換器設(shè)計(jì)與可靠性評估 英 文 0681^ ^ 姐4 ^ 611& ^11117^^ 31^3^101^ 0【& 81^ ^10^？ ^& 86題 目^ 〔 0打 乂 611 ： 6『 界 1 1 ： 匕 八 〔0『 81^6 ？ 0^ 6^ 06 ^0^ ^11^5^ 0^^16

2、研 究 生 姓 名 ^ 馬思源姓名 朱國榮 職稱 副教授 學(xué)位 博 士指 導(dǎo) 教 師 、丄 單位名稱 武漢理工大學(xué) 郵編 430070申請學(xué)位級別 碩士 學(xué)科專業(yè)名稱電力電子與電力傳動(dòng)論文提交日期― ^2017年4 月 論文答辯日期 2017年5 月學(xué) 位 桴 予 單 位 武漢理工大學(xué)學(xué) 位 授 予 日 期2017年 6 月1 0 曰答 辯 委 員 會(huì) 主 席 陳 偉 評 閱 人 ^宋文勝^ 匿 名2017 年5

3、 月摘 要在單相電力電子變換器中，交流側(cè)含有二倍工頻的瞬時(shí)脈動(dòng)功率導(dǎo)致直流 側(cè)電流含有二倍工頻的低頻紋波，這種低頻紋波電流會(huì)給直流側(cè)帶來不良影響。通常在直流母線兩端并聯(lián)0 匕口業(yè)電解電容來緩沖直流側(cè)的脈動(dòng)功率，達(dá)到功 率解耦的目的。紋波電流為二倍工頻， 由于頻率低，解耦所需的0 匕口業(yè)電解 電容容量大，而且電解電容壽命短，因 此 0 0 丄丨業(yè)電解電容的使用限制了單相 變換器的功率密度和運(yùn)行壽命。有源功率解耦方法通常利用有源電路來減小直

4、流側(cè)脈動(dòng)功率， 0 0 丄丨業(yè)電容 容量可以明顯減小電容可靠性得到提高。其中含薄膜電容的功率解耦模塊可以 置于變換器的直流側(cè)或交流側(cè)以實(shí)現(xiàn)功率解耦，提 高 0 匕口業(yè)可靠性。解耦模 塊方法不受單相變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，可以實(shí)現(xiàn)功率解耦的即插即用，甚至 可以推廣應(yīng)用于單相級聯(lián)變換器0 0 丄丨業(yè)側(cè)，實(shí)現(xiàn)功率解耦，改 善 0 0 丄丨業(yè)可 靠性。本文首先針對功率解耦模塊置于單相變換器的直流側(cè)或交流側(cè)構(gòu)成的兩種 拓?fù)溥M(jìn)行對比研宄，為變換器系統(tǒng)

5、可靠性評估奠定理論基礎(chǔ)。通過電路分析和 數(shù)學(xué)建模，研宄功率解耦模塊在單相變換器交丨直流側(cè)兩種拓?fù)渲械墓ぷ髟恚⒗枚都y波流通路徑分析，揭示紋波抑制的本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，建立兩種 拓?fù)渲衅骷?yīng)力與解耦模塊電容間數(shù)學(xué)模型，分析功率解耦模塊對單相變換器 各器件應(yīng)力以及系統(tǒng)損耗的影響，提出變換器器件應(yīng)力最小、效率最高的功率 解耦模塊電容設(shè)計(jì)方法，為功率解耦模塊的應(yīng)用提供理論依據(jù)。基于以上理論分析，本文針對傳統(tǒng)功率解耦拓?fù)湟约肮β式怦钅K在單相

6、 變換器交丨直流側(cè)的兩種拓?fù)?，對三種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性進(jìn)行對比評估。系統(tǒng)可 靠性評估先從單相變換器器件可靠性評估入手。針對三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的0 匕口業(yè) 電容，通過二重傅里葉分析方法得到電容電流頻譜，建立精細(xì)化的電容損耗模 型、熱模型以及壽命模型，對 0 匕口業(yè)電容可靠性進(jìn)行評估；針對三種拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的各開關(guān)管，通過建立開關(guān)管的損耗模型與熱模型，得到各開關(guān)管結(jié)溫變化，并通過壽命模型對其可靠性進(jìn)行評估。在器件可靠性評估的基礎(chǔ)上，利用系統(tǒng) 可 靠 性