中低速常导磁悬浮列车悬浮斩波器研究

悬浮斩波器是磁悬浮列车的关键组成，也是现代电力电子技术的集中体现。本文以中低速常导磁悬浮列车悬浮斩波器为研究对象，重点研究了传统的两象限H桥、三电平和零转换软开关三种不同类型的悬浮斩波器。 本文首先介绍了悬浮斩波器的各基本组成部分的相关特性：包括续流二极管的特性、IGBT的特性、IGBT的驱动和保护以及悬浮斩波器的负载特性。 传统型的两象限H桥悬浮斩波器长期在生产实践中使用，具有结构简单、性能较可靠的优点。但是它的开关损耗大，效率低，发热严重，正常悬浮时的效率小于60％：开关动作时电压电流冲击大，需要附加耗能的缓冲网络，电磁干扰也十分严重；对供电电源有反向电流冲击，容易造成供电电源和滤波电容的损害。随着电力电子技术的发展，有必要用新的技术改造传统型悬浮斩波器。 针对传统型悬浮斩波器输出电流纹波随电源电压提高而提高的缺点，设计出了三电平悬浮斩波器，其输出电流纹波基本上与电源电压无关。三电平悬浮斩波器主电路拓扑与传统型悬浮斩波器完全相同，只需将两个IGBT的驱动信号错开180°。这样每次参与开关动作的开关元件就由4个减为2个，开关损耗比传统型悬浮斩波器降低一半，正常悬浮时的效率提高到了70％以上。而且输出恒定电流时，没有了对供电电源的反向冲击。 把软开关技术应用到悬浮斩波器中可以带来明显的好处。本文就从原理上介绍了如何将准谐振和多谐振软开关技术，零开关软开关技术和零转换软开关技术应用到悬浮斩波器中，并且综合各方面的因素在传统型悬浮斩波器的基础上具体实现了一种零转换软开关悬浮斩波器。零转换软开关悬浮斩波器在悬浮算法上与传统型悬浮斩波器完全兼容，控制性能没有丝毫降低。而且实现了主开关管的零电压转换，开关管工作条件大大改善，正常悬浮时的效率提高到近90％，电磁兼容性也显著改善。综合评价，零转换软开关悬浮斩波器是较为理想的悬浮斩波器。 随着现代电力电子技术的发展，悬浮斩波器应该也能够得到不断的完善。今后应该进一步研究悬浮斩波器的功率集成问题，高电压拓扑问题和宽范围完全软开关拓扑问题以及新的控制方法以进一步提高电流调节速度。