基于IGBT的快速切换开关研究及保护系统设计

摘要

随着精密的用电设备不断的投入使用，用户对电能质量的要求也随之提高。快速切换开关是用户电力定制技术的一种，它能够持久、有效的解决电压暂降、电压骤升、电等暂态电能质量问题，是目前解决电压暂降问题的最有效方法。
　　本文对快速切换开关的理论做了深入的研究，提出了一种基于IGBT的全控型快速切换开关，介绍了几种常见的拓扑结构及其优缺点，并详细的分析了开关的切换过程;研究了开关在切换过程中的电流转移特性，推导出了切换时间与影响因子之间的关系式，并阐述了切换开关的操作原则。
　　文章对常用的几种电压检测方法进行了对比分析，重点研究了基于瞬时无功功率理论的dq0电压检测算法和αβ-dq电压检测算法，分析了其工作原理，对其计算公式进行了推导，并分析了它们各自的优缺点;此外，本文还研究了三种切换开关的控制方法，它们是过零切换、机械切换和并行切换，介绍了三种方法的切换时序、切换流程和工作原理;利用MATLAB搭建了仿真模型，对电压跌落进行了仿真分析，验证了三种切换方法的可行性。
　　成功设计了一台单相切换开关样机，样机的控制器由DSP和FPGA两种高性能芯片组成，保证开关的可靠性。对样机进行了实验测试，测试结果表明，该装置的切换速度快、切换时间短，可有效的保证负载供电可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 电能质量

1．1．2 电能质量问题

1．1．3 电压暂降问题的成因及危害

1．2 改善电压暂降问题的意义

1．3 电压暂降问题的解决方法

1．4 快速切换开关的研究现状

1．4．1 快速切换开关的概述

1．4．2 快速切换开关的主要技术

1．5 本论文的主要工作

第二章 切换开关的结构设计与原理

2．1 切换开关的基本结构

2．1．1 常见切换开关的基本结构

2．1．2 三相切换开关的基本结构

2．2 切换开关的拓扑结构及切换过程

2．2．1 主备式拓扑结构及工作原理

2．2．2 分裂母线式拓扑结构及工作原理

2．3 开关换流过程的定性分析

2．4 切换开关的操作原则及切换时间分析

2．4．1 切换开关的操作原则

2．4．2 切换时间分析

2．5 本章小结

第三章 电压检测及切换控制策略

3．1 电压检测方法

3．1．1 几种常见的电压检测方法

3．1．2 基于dq0变换的检测算法

3．1．3 αβ-dq电压检测算法

3．1．4 电压比较检测法

3．2 切换开关的控制策略

3．3 切换开关仿真分析

3．4 本章小结

第四章 切换开关的软硬件系统设计

4．1 系统的总体结构设计

4．2 切换开关的硬件系统设计

4．2．1 采样电路设计

4．2．2 控制电路设计

4．2．3 主电路设计

4．2．4 驱动电路设计

4．2．5 装置的外观设计

4．3 快速切换开关的软件设计

4．3．1 DSP程序设计

4．3．2 FPGA程序设计

4．3．3 人机模块程序设计

4．4 本章小结

第五章 切换开关样机的实验

5．1 切换开关的样机

5．2 切换开关样机的性能测试

5．2．1 纯IGBT开关的测试

5．2．2 混合式开关实验

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文