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本论文主要对应用于小型固定式燃料电池电源系统中的DC/AC变换器的主电路拓扑结构、元件参数设计及其EMC(电磁兼容)问题进行了研究。
首先,本文介绍了PEMFC(质子交换膜燃料电池)的工作原理、静态特性、动态特性以及燃料电池仿真模型的构建方法。
针对燃料电池的输出电压特性,建立了小型固定式燃料电池电源系统的拓扑结构。着重对燃料电池用DC/AC变换器的主电路拓扑结构、元件参数、运行参数进行了理论分析和模型仿真。结合DSP数字控制器的特点,将SVPWM(空间矢量脉宽调制)应用于单相正弦DC/AC变换器中,剖析了空间矢量SPWM(正弦脉宽调制)与传统的双极性SPWM、单极性SPWM的内在联系。基于对单相DC/AC变换器在上述三种调制方式下的输入电流、输出电压以及输出电流的谐波比较和死区效应的比较,阐明了空间矢量SPWM的一些优点。通过对死区效应的频域分析和计算,探索了DC/AC变换器的开关频率选择的优化方法。
分析了DC/AC变换器主电路的EMI(电磁干扰)的干扰源、传播途径以及DC/AC变换器的敏感设备。研究了DC/AC变换器主电路的EMC措施,特别是抑制低频(100Hz)纹波电流的滤波策略。
仿真实验表明:燃料电池输出100Hz纹波电流系数不大于4%;样机实验证明:DC/AC变换器输出交流电压为220V50Hz,THD(总谐波畸变)不大于3%,均满足设计要求。