一种NPC三电平变流器损耗计算方法技术

本发明专利技术涉及变流器损耗计算技术领域，尤其涉及一种NPC三电平变流器损耗计算方法，克服了如何以NPC三电平桥臂拓扑为研究对象，准确计算NPC三电平变流器的整流器及逆变器在牵引及制动工况下各功率器件的损耗的技术缺陷。本发明专利技术给出了三电平NPC拓扑桥臂在逆变器和整流器拓扑中，基于SPWM调制方式的各功率器件通态损耗及开关损耗的解析表达式，其结论具有通用性，可为该桥臂拓扑构成的任何能量单向/双向流动的变流器提供损耗计算解决方案。流动的变流器提供损耗计算解决方案。流动的变流器提供损耗计算解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种NPC三电平变流器损耗计算方法


[0001]本专利技术涉及变流器损耗计算
，尤其涉及一种NPC三电平变流器损耗计算方法。

技术介绍

[0002]NPC三电平拓扑相较于两电平拓扑，其输出电压和电流所含有的谐波小，每一个功率器件所承受的电压冲击小，对功率器件的耐压等级要求不高，因此被广泛应用在大功率能量变换系统中。图1所示NPC三电平变流器，包含单相整流器及三相逆变器，是大功率交流电力牵引系统中常用的拓扑电路。图2为NPC三电平桥臂拓扑，是图1中NPC三电平变流器的基本单元，图2所示拓扑结构具有对称性，T11为IGBT，D11为其反向续流二极管FWD，共同组成一个带反向续流的IGBT功率模块。T11与D11、T12与D12、T13与D13、T14与D14通常为选型一致的IGBT功率模块。D1为钳位二极，与D2选型一致。因此，从结构上来看，NPC三电平桥臂上半桥臂(T11与D11、T12与D12、D1)与下半桥臂(T13与D13、T14与D14、D2)也存在结构上的对称，T11与D11的损耗同T14与D14，T12与D12的损耗同T13与D本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种NPC三电平变流器损耗计算方法，其特征在于，分别包括逆变器及整流器的损耗计算方法；其中，逆变器的损耗计算方法为：考虑到NPC三电平变流器的交流侧为电机，电机为感性负载，默认电流从直流侧流向交流侧为正向，建立电流为正情况下的相电压、相电流模型为：i(t)＝Isin(ωt)，其中，I为相电流幅值，V为相电压幅值，为功率因数角；其中，功率因数的定义不同于电机应用中对功率因数的定义，采用四象限运行电力系统的定义，即所述功率因数既可以为正值，又可以为负值，以功率流向电机侧为正，此时功率流向直流侧为负，此时NPC三电平桥臂采用SPWM调制方式，将其在一个正弦波周期内的工作区间划分为X1、X2、X3和X4，X1的范围为X2的范围为X3的范围为X4的范围为各器件在各区间的工作特性及占空比见表1，其中m为调制度；表1电流正向NPC三电平桥臂各器件工作特性及占空比对于NPC三电平桥臂上的每一个半导体器件，其在一个正弦波周期T
m
内的通态损耗为：其中V
sat
(t)为半导体器件的饱和压降，在计算中根据功率器件手册提供的曲线，将其转化为关于电流的函数，因此NPC三电平桥臂各半导体器件的导通压降可分别为：NPC三电平桥臂各IGBT的饱和压降特性采用一阶近似：V
ce
(t)＝r
ce
i(t)+V
ce0
、FWD的饱和压降特性采用一阶近似：V
f
(t)＝r
f
i(t)+V
f0
、钳位二极管的饱和压降采用一阶近似：V
d
(t)＝r
d
i(t)+V
d0
；根据表1中对各器件的导通区间及占空比分析，可得各器件的通态损耗为：
其定积分解析表达式为：其定积分解析表达式为：其定积分解析表达式为：其定积分解析表达式为：对于各器件的开关损耗，采用载波周期内正弦波电流的平均值来近似计算各开通损耗及关断损耗，其结果如下：及关断损耗，其结果如下：及关断损耗，其结果如下：及关断损耗，其结果如下：其中，F
sw
为三角波载波频率；E
rec
(I)、Eo
n
(I)、Eo
ff
(I)分别为器件手册上开关损耗关于电流曲线上电流I对应的各项开关损耗能量；U
dcon_test
为器件手册上测试E
on
关于电流I
c
曲线时使用的直流侧电压；U
dcoff_test
为器件手册上测试E
off
关于电流I
c
曲线时使用的直流侧电压；U
dcrec_f_test
为器件手册上反并联二极管测试E
rec
关于电流I
f
曲线时使用的直流侧电压；U
dcrec_d_test
为钳位二极管器件手册上测试E
rec
关于电流I
f
曲线时使用的直流侧电压；k
ron
为根据器件手册上测试E
on
关于开通门极电阻R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：水富丽，常秀丽，俞晓丽，刘志敏，张瑞峰，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：