超导储能脉冲系统中IGBT应用研究

摘要

超导储能脉冲系统与传统脉冲功率系统相比因具有储能密度大、传输功率高、可实现长期无损耗静态储能等诸多优势在国防建设以及国民生产中的应用已经越来越广泛，也越来越受到人们的关注。而超导储能脉冲系统的性能在很大程度上取决于断路开关的性能，其输出脉冲波形的幅值、宽度与稳定性等都受到断路开关的制约。鉴于此，本论文重点研究适合超导储能脉冲系统用的断路开关结构。
　　 论文从常用断路开关的特性分析着手，得出了电力电子器件作为超导储能脉冲系统中断路开关的可行性与优势，并在比较各种常用电力电子开关器件结构与特性的基础上阐述了选择IGBT作为主要研究器件的原因。同时，对IGBT的特性、驱动及保护电路进行了必要的研究，对适合超导储能脉冲系统用的IGBT驱动、保护电路进行了相关探讨。
　　 超导储能脉冲系统需要大容量的断路开关，IGBT单管容量还很有限，串并联技术的研究迫在眉睫。论文在第四章与第五章中分别就IGBT并联的动静态均流技术与串联动静态均压技术进行了深入研究。在IGBT并联动态均流措施研究中，重点对脉冲变压器法与栅极电阻补偿法做了对比分析，指出了其各自适用的场合，对两个IGBT模块并联的动态均流完成了方案设计与相关实验，并在脉冲变压器补偿法的基础上讨论了可实现任意级IGBT驱动信号同步性补偿的理论可行性。
　　 IGBT串联的动态均压技术一直都是国内外的研究热点。针对课题中超导储能脉冲功率系统对稳定性要求较高的特点，论文在系统总结国内外各种方法的基础上讨论了一种端压钳位电路与缓冲电路思想相结合的混合型功率设备端动态均压电路，该电路拥有无过压不动作、结构简单、扩展性较强等诸多优点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1超导电性与超导体

1.1.1超导电性

1.1.2超导磁体及应用

1.2超导储能脉冲技术与研究现状

1.3断路开关技术与研究现状

1.4本论文的研究内容与章节安排

1.4.1研究内容

1.4.2章节安排

第2章 电力电子器件选择与性能分析

2.1常用电力电子器件性能分析

2.1.1 SCR、GTO、IGCT特性及优缺点

2.1.2电力晶体管GTR性能分析

2.1.3功率场效应管MOSFET性能分析

2.1.4绝缘栅双极型晶体管IGBT性能分析

2.2新型电力电子器件性能分析

2.3选择IGBT的原因与需研究的内容

第3章功率IGBT的驱动与保护电路研究

3.1 IGBT驱动电路研究

3.1.1驱动电路基本要求

3.1.2栅极驱动功率

3.1.3栅极电阻

3.1.4驱动电路应满足的条件

3.1.5驱动电路设计

3.2 IGBT保护电路研究

3.2.1过压保护

3.2.2过流保护

3.2.3过热保护

第4章 IGBT并联均流技术研究

4.1并联均流技术研究意义

4.2并联不均流原因分析

4.2.1并联静态不均流原因分析

4.2.2并联动态不均流原因分析

4.3并联均流措施研究

4.3.1构建并联电路基本要求

4.3.2并联静态均流措施与实验研究

4.3.3并联动态均流措施与实验研究

4.4多模块同步驱动技术研究

第5章IGBT串联均压技术研究

5.1串联均压技术研究意义

5.2串联静态不均压原因与措施研究

5.2.1静态不均压原因分析

5.2.2静态均压措施研究

5.3串联动态不均压原因与措施研究

5.3.1动态不均压原因分析

5.3.2动态均压措施研究

5.3.3混合型动态均压电路设计

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果