臺灣博碩士論文加值系統

本研究研製一部三相雙向中性點箝位式轉換器，包含市電併聯及整流功能，其電路分為電力級與控制級兩部份，在市電併聯模式中，將直流電轉換成交流電饋入市電電網；在整流模式中，將市電轉換成直流電供給直流負載。電力級電路採用中性點箝位式架構，控制級使用微控制器Renesas RX-62T來實現本研究所採用之的分切合整D-Σ控制法，透過精準電感電流變化之計算，推導責任比率控制法則，以快速修正當前的電流誤差值。此外，本論文說明元件之選擇，包括並聯使用的功率開關與蕭特基二極體，以及電感之選擇，接著推導基於分切合整控制之轉換器責任比率控制法則、直流鏈穩壓機制及中性點電容電壓平衡機制。最後以 Matlab 模擬，並實作一部高功率三相中性點箝位式轉換器來驗證分析、討論和可行性。

This thesis presents design and implementation of a three-phase bi-directional neutral-point clamped converter, including two operation modes: grid-connection mode and rectification mode. The converter is divided into two parts, of which one is a power stage with neutral-point clamped configuration, the other is a control stage with a single-chip micro-controller Renesas RX-62T to realize the division-summation (D-Σ) digital control law. In grid-connection mode, power is transformed into AC and injected into the utility grid. In rectification mode, the utility power is transformed to DC and supply rectified loads. Simulated and experimental results measured from a three-phase bi-directional neutral-point clamped converter have been presented to con-firm the analysis, discussion and feasibility.

摘要 i
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 viii

第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 直流電網系統 2
1-2-2 三相轉換器 3
1-3 論文大綱 6

第二章 轉換器架構與動作原理 7
2-1 轉換器架構 7
2-2 轉換器元件選擇 7
2-2-1 功率開關與二極體 8
2-2-2 電感 9
2-3 控制法則與動作原理 11
2-3-1 D-Σ數位控制 12
2-3-2 市電併聯模式 12
2-3-3 整流模式 19

第三章 直流鏈穩壓控制 24
3-1 直流鏈電壓調節 24
3-1-1 一週期穩壓法 24
3-1-2 穩壓系數計算 25
3-2 中性點電容電壓平衡規則 28
3-2-1雙極性切換平衡補償 29
3-2-2單極性切換平衡補償 30
3-2-3混合式切換平衡補償 31
3-3 三相系統平衡補償點選擇 32
3-3-1 電容電壓平衡補償值計算 34

第四章 系統周邊電路設計 36
4-1 交流側電壓迴授電路 36
4-2 電感電流迴授電路 38
4-3 直流鏈電壓迴授電路 39
4-4 輔助電源 40
4-5 開關隔離驅動電路 41
4-6 過壓/過流保護電路 43

第五章 系統軟體規劃 44
5-1 系統軟體架構 44
5-2 微控制器介紹 45
5-3控制流程 48
5-3-1微控制器規劃介紹 48
5-3-2 系統主程式 50
5-3-3類比/數位中斷副程式 52
5-3-4電壓零交越脈衝取樣中斷副程式 54

第六章 電路製作及模擬與量測驗證 56
6-1 電氣規格 56
6-2 系統建模 59
6-3 實務考量 61
6-3-1 直流鏈取樣誤差 61
6-3-2 電感值變化考量 62
6-3-3 斷路器瞬間導通考量 63
6-3-4 開關驅動能力考量 64
6-4 模擬及實驗波形 66
6-4-1 市電併聯模式 67
6-4-2 整流模式 71

第七章 結論與未來研究方向 74
7-1 結論 74
7-2 未來研究方向 75

參考文獻 76

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