基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流系统研究

摘要

随着电力电子技术的发展，不控整流器在各个领域的应用日益广泛，但由于二极管是不可控器件，整流装置向电网注入了大量的谐波电流，对电网和用户造成了一系列的危害。多脉波整流技术是大功率场合下提高整流器性能的有效措施之一，但其输入电流中含有的高次谐波仍然会对电网造成严重的污染。为了更有效的消除变负载时不控整流电路输入电流的特征次谐波并保持系统较高的工作效率，本文结合多脉波整流技术与整流器直流侧谐波抑制技术，设计了一种基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流系统。
　　考虑到至少消除输入电流3、5、7次谐波并有效降低非隔离型大功率整流装置体积、成本的要求，选择了用自耦变压器进行移相的12脉波整流电路作为基础电路。针对其与所研究整流系统的共通之处，分析了12脉波整流器的谐波抑制原理、电压特性，讨论了零序电流抑制器与平衡电抗器的工作原理，计算了磁性元件的等效容量，为馈能式六相整流系统的设计提供了依据。
　　直流侧有源谐波抑制器的性能是决定馈能式六相整流系统谐波抑制效果以及工作效率的最关键因素。为此，首先推导了馈能式六相整流系统输入电流、负载电流以及有源谐波抑制器输入电流的数学关系；然后用傅里叶级数展开法分析了其谐波抑制原理。通过上述分析可知，只要有源谐波抑制器输入电流是满足特定要求的三角波，馈能式六相整流器输入电流波形就很接近正弦波，实现了进一步消除不控整流电路输入电流特征次谐波的目的。
　　通过分析有源平衡电抗器副边的功率状态，确定了直流侧的有源谐波抑制器实质上是单相高频PWM整流器，它将谐波能量转换为直流能量馈送给负载。据此，设计了有源谐波抑制器的主电路、驱动电路和控制电路，并在采用自耦变压器的12脉波整流电路的基础上，研制了一台3kW的基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流器实验样机，搭建起了实验平台。
　　仿真和实验结果表明，该系统能够更有效的消除变负载时不控整流电路输入电流谐波并通过能量回馈作用保持较高的工作效率。

目录

基于直流侧有源谐波抑制技术的馈能式六相整流系统研究

AN ENERGY-FEEDBACK SIX-PHASE RECTIFIER BASED ON ACTIVE HARMONIC SUPPRESSION TECHNOLOGY ON DC LINK

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2 大功率整流电路谐波抑制技术概述

1.3 多脉波整流电路直流侧谐波抑制技术现状

1.3.1 直流侧无源谐波抑制技术概况

1.3.2 直流侧有源谐波抑制技术概况

1.4 本课题的研究内容

第2章 采用自耦变压器的12 脉波整流电路分析

2.1 自耦变压器移相特性分析

2.2 12 脉波整流电路电流和电压分析

2.2.1 电流特性分析

2.2.2 电压特性分析

2.3 12 脉波整流电路磁性元件等效容量分析

2.3.1 自耦变压器等效容量分析

2.3.2 AIPT 和ZSBT 等效容量分析

2.4 本章小结

第3章 带有源谐波抑制器的六相整流系统分析

3.1 带有源谐波抑制器的六相整流系统结构

3.2 带有源谐波抑制器的六相整流系统电流分析

3.2.1 有源谐波抑制器输入电流分析

3.2.2 整流系统输入电流谐波抑制原理

3.3 有源谐波抑制器类型分析

3.4 所研制整流系统磁性元件等效容量分析

3.4.1 带谐波抑制器时自耦变压器等效容量分析

3.4.2 带谐波抑制器时AIPT 和ZSBT 等效容量分析

3.5 本章小结

第4章 有源谐波抑制器的设计与实现

4.1 带有源谐波抑制器的整流系统电路结构

4.2 有源谐波抑制器主电路设计

4.2.1 主电路拓扑结构及工作模态

4.2.2 主电路功率器件的选择及参数设计

4.2.3 LC 滤波器的参数设计

4.3 有源谐波抑制器驱动电路设计

4.4 有源谐波抑制器控制电路设计

4.4.1 同步指令信号生成电路

4.4.2 PWM 信号生成电路

4.4.3 电流采样电路

4.4.4 保护电路

4.5 本章小结

第5章 仿真与实验结果

5.1 所研制的整流系统实验样机与参数

5.2 所研制的整流系统仿真结果分析

5.3 所研制的整流系统实验结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢