基于VIENNA整流器的机载电源PFC研究

摘要

随着新的航空电源标准对整流器的功率因数、总谐波因数要求的提高，传统的无源PFC已难以满足要求，同时传统的机载无源PFC工作在400Hz中频模式下,难以满足航空电源对高功率密度的追求，应用全控器件的有源PFC整流器被越来越多的应用于机载电源上,有源PFC可工作在高频模式下，因此可以减小整流器的滤波电容、电感，从而提高功率密度，同时可对输入电流进行直接控制，因此输入电流能够很好地跟踪电网电压。与两电平整流器相比，三电平整流器的各功率器件所承受的电压、电流应力都较小，在相同的开关频率和谐波要求下可选用较小的输入滤波电感，VIENNA整流器具备上述三电平整流器各项优点，同时与二极管嵌位式和电容嵌位式三电平整流器相比，VIENNA整流器所用器件减少、结构简单。
　　本文首先介绍了课题的研究背景并查阅文献分析了国内外在机载电源的拓扑以及控制策略方面的研究现状，然后论文着重研究了三相三线VIENNA整流器的工作原理进而建立了其在静止坐标系和旋转坐标系下数学建模并设计了基于PI的控制器。为了提高直流电压的利用率本文采用空间矢量的调制方式,VIENNA整流器属于三电平拓扑，其空间矢量多达25个，与两电平SVPWM相比控制复杂度更高，本文首先根据输入电流的极性将其划分为6个扇区，在每个扇区下把3电平空间矢量转化为传统的两电平空间矢量从而简化了计算。针对三电平整流器普遍存在的直流侧中点不平衡问题，本文分析了各种矢量对中点电位的影响，通过调节中心短矢量的两种不同的开关组合的作用时间来达到中点电压平衡。针对项目对低THDi的要求，本文提出了将LMS自适应滤波算法应用于对电流谐波的消去。
　　完成了理论分析后本文根据项目的性能指标要求，计算了电感、电容的取值，在MATLAB中搭建了方针模型，仿真结果与理论相吻合；最后设计了整流器的硬件电路和软件系统，对其进行了实验验证，实验结果显示整流器在稳态、动态指标均能满足要求。通过对加入ASHE前后电流谐波和功率因数的对比，证明了基于LMS的自适应滤波器能有效滤去VIENNA整流器中特定次数的谐波，从而降低了整流器输入电流的THD，提高了整流器的功率因数。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1. 2 机载功率因数校正技术的发展概述

1.3 本文研究的内容

第2章 VIENNA整流器的建模与控制器设计

2.1 三相三线VIENNA整流器的工作原理分析

2.2 VIENNA整流器的数学模型

2. 3控制器的设计

2. 4本章小结

第3章 三相三线VIENNA整流器的SVPWM实现

3.1 VIENNA整流器交流侧电压的矢量分析

3.2 基于两电平的三电平空间矢量调制

3.3 空载和轻载模式下母线电压控制

3.4 直流侧中点平衡控制

3. 5 仿真验证

3. 6 本章小结

第4章 基于LMS自适应算法的特定次谐波消去

4.1 引言

4.2 LMS算法简介

4.3 自适应滤波器在VIENNA整流器谐波消去分析

4.4 本章小结

第5章 VIENNA整流器的软硬件设计及实验结果

5.1硬件设计

5.2 控制软件设计

5.3实验结果

5. 4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢