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电力电子器件是电力电子系统的最基本单元和部件,在所有系统单元中其安全可靠性最为重要,因而其危害也是致命的。现有的电力电子器件的损坏机理,仅仅是建立在外部电压、电流应力这种单一因素基础上的,不能全面说明电力电子器件的损坏现象,由此发展的电力电子器件驱动保护技术,无法完全保证电力电子器件可靠运行。本文在电力电子器件损坏机理研究中,运用非线性的基本概念和研究方法,探讨了电力电子器件非线性现象,在方法和研究思路是一个全新的尝试,而从概念上又符合一般物质的损坏过程,因而具有新颖性和可靠性。
本文主要内容如下:
(1)介绍了电力电子器件的背景知识,包括概念、分类和应用,并介绍了其发展动向,为研究电力电子器件和电力电子系统的非线性现象打下基础。
(2)总结了二极管、晶闸管、GTO、MOSFET和IGBT等电力电子器件的仿真模型,并对各种电力电子器件的仿真模型作了一个较为全面的分析,给出了各种模型的仿真原理。
(3)探讨了电力电子电路与器件的非线性概念及研究方法。简要介绍了混沌的基本概念和判断方法。以Buck变换器为例,分析了电力电子电路分岔特点和产生机制,并介绍了控制方法及策略。阐述了电力电子器件非线性现象及其损坏机理研究现状,提出了今后的研究趋势。
(4)以二极管和晶闸管为研究对象,从电力电子器件非线性模型着手,研究了二极管和晶闸管在简单电路中的非线性状态,并以二倍周期为例,揭示了晶闸管混沌的产生机理。
(5)在电力电子变换器中考虑二极管的正反向导电模型,建立了Buck和Boost变换器的状态方程和仿真模型,研究了电力电子变换器中因为二极管的非线性而出现的混沌现象。