基于有源平衡电抗器的低谐波12脉波整流系统研究

摘要

大功率整流电路在电机调速、电化学加工和可再生能源变换等工业系统中得到了广泛应用，但其非线性和时变性特性给电网带来了大量的谐波。多脉波整流技术是解决大功率整流电路谐波污染的有效措施。为进一步提高多脉波整流电路的谐波抑制能力，本文在常规12脉波整流电路的基础上，结合其直流侧谐波抑制技术，研究了一种应用于非隔离场合的基于有源平衡电抗器的低谐波12脉波整流系统。
　　为了分析直流侧环流抑制输入电流谐波的机理，通过开关函数法，研究了系统输入电流、输出电流以及直流侧环流的数学关系，明确了电流谐波得到最大程度抑制时，三角波环流需要满足的幅值和相位条件；对系统的输出电压特性以及电路中主要部分的容量进行了详细分析，并与常规12脉波整流电路进行了对比，明确了该系统的特点。
　　深入研究了该系统对工业中应用最为广泛的LR型和LCR型等效负载的适应性，分析了各类型负载条件下，输出电流纹波对输入电流谐波的影响，得出了输入电流 THD值与负载参数的关系曲线；为了保证系统对于LCR型负载依然具有较好的谐波抑制效果，给出了一种 LC滤波电路的参数设计方法，为系统的应用提供了一定的理论基础。
　　直流侧环流需要通过有源平衡电抗器副边辅助电路的电流调制产生，本文通过分析辅助电路的能量流动方向及其需要满足的条件，提出了一种采用单相桥式PWM整流电路和DC/DC变换电路组成的两级电路作为辅助电路的方法，该方法能够使所研究的整流系统具有更强的通用性和适应能力。
　　对由 PWM整流器和Boost型变换器组成的两级电路作为辅助电路的整流系统进行了具体的设计，并基于此研制了一台额定功率为6.4kW的实验系统；为了验证系统所能达到的显著的谐波抑制效果以及关于系统特性的理论研究，对实验结果进行了详细的分析。
　　基于有源平衡电抗器的12脉波整流系统具有非常显著的输入电流谐波抑制效果，附加辅助电路不消耗额外功率且容量非常小，本文对系统的理论研究和实验分析表明了系统在大功率整流场合具有一定的应用价值。

目录

基于有源平衡电抗器的低谐波12脉波整流系统研究

A LOW HARMONIC TWELVE-PULSE RECTIFIER BASED ON ACTIVE INTER-PHASE REACTOR

摘要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 多脉波整流技术

1.3 多脉波整流系统直流侧谐波抑制技术

1.4 本文主要研究内容

第2章 基于AIPR的12脉波整流系统谐波抑制特性

2.1 引言

2.2 12脉波整流电路及其直流侧谐波抑制技术

2.3 基于AIPR的12脉波整流系统电流特性分析

2.4 基于AIPR的12脉波整流系统输出电压分析输入侧

2.5 辅助电路输入特性及其能量流动方向

2.6 系统输入电流和输出电压仿真验证

2.7 本章小结

第3章 系统容量分析及负载适应性研究

3.1 引言

3.2 辅助电路及磁性器件容量分析

3.3 与常规12脉波整流系统对比

3.4 系统负载适应特性研究

3.5 系统负载适应特性仿真验证

3.6 本章小结

第4章 基于AIPR的12脉波整流系统电路设计

4.1 引言

4.2 辅助电路选型

4.3 基于AIPR的12脉波整流系统电路结构设计

4.4 辅助电路设计

4.5 本章小结

第5章 实验系统研究

5.1 引言

5.2 实验系统及其主要参数

5.3 系统电流电压特性实验结果分析

5.4 系统负载适应特性实验结果分析

5.5 实验总结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢