含交-直流側功率解耦模塊的單相變換器設計與可靠性評估.pdf

1、分類號 密 級 公開00匸 學 校 代 碼10497學 位 論 文題 目 含交^ 直流側功率解耦模塊的單相變換器設計與可靠性評估 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 學位 博 士指 導 教 師 、丄 單位名稱 武漢理工大學 郵編 430070申請學位級別 碩士 學科專業(yè)名稱電力電子與電力傳動論文提交日期― ^2017年4 月 論文答辯日期 2017年5 月學 位 桴 予 單 位 武漢理工大學學 位 授 予 日 期2017年 6 月1 0 曰答 辯 委 員 會 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，交流側含有二倍工頻的瞬時脈動功率導致直流 側電流含有二倍工頻的低頻紋波，這種低頻紋波電流會給直流側帶來不良影響。通常在直流母線兩端并聯0 匕口業(yè)電解電容來緩沖直流側的脈動功率，達到功 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、流側脈動功率， 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或交流側以實現功率解耦，提 高 0 匕口業(yè)可靠性。解耦模 塊方法不受單相變換器拓撲結構的限制，可以實現功率解耦的即插即用，甚至 可以推廣應用于單相級聯變換器0 0 丄丨業(yè)側，實現功率解耦，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或交流側構成的兩種 拓撲進行對比研宄，為變換器系統(tǒng)

5、可靠性評估奠定理論基礎。通過電路分析和 數學建模，研宄功率解耦模塊在單相變換器交丨直流側兩種拓撲中的工作原理，并利用二倍紋波流通路徑分析，揭示紋波抑制的本質。在此基礎上，建立兩種 拓撲中器件應力與解耦模塊電容間數學模型，分析功率解耦模塊對單相變換器 各器件應力以及系統(tǒng)損耗的影響，提出變換器器件應力最小、效率最高的功率 解耦模塊電容設計方法，為功率解耦模塊的應用提供理論依據?；谝陨侠碚摲治觯疚尼槍鹘y(tǒng)功率解耦拓撲以及功率解耦模塊在單相

6、 變換器交丨直流側的兩種拓撲，對三種結構的系統(tǒng)可靠性進行對比評估。系統(tǒng)可 靠性評估先從單相變換器器件可靠性評估入手。針對三種拓撲結構的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)電容可靠性進行評估；針對三種拓撲結 構的各開關管，通過建立開關管的損耗模型與熱模型，得到各開關管結溫變化，并通過壽命模型對其可靠性進行評估。在器件可靠性評估的基礎上，利用系統(tǒng) 可 靠 性