维也纳电路中点电压均衡控制与输入电流畸变抑制研究

摘要

电动汽车因其具有零排放、低噪声、高能效等优点，使用越来越广泛。电动汽车充电设施是电动汽车的重要组成部分，电动汽车的迅速发展将提升充电市场的需求。电动汽车充电设备本质上为一个由交流到直流的变换器。三相Vienna整流器具有功率因数高、功率密度高、性能好等一系列优点，在电动汽车的充电桩中得到广泛的应用。然而Vienna整流器存在的中点电压波动与电流畸变等问题，将严重影响整流器的性能指标。因此本文分析了Vienna整流器的工作原理，建立了整流器的数学模型和等效电路，进而提出了抑制中点电压不平衡和改善电流畸变的控制策略，最后通过仿真与实验验证了策略的有效性。
　　本文首先综述了现阶段国内外三相整流电路的拓扑和控制技术，进而调研分析了Vienna整流器的主要调制方式以及中点电压平衡控制的研究现状，阐述了本文的研究背景意义，并简单介绍了本文的基本构架。
　　其次，分析了三相三线制Vienna整流器的工作原理，分别建立了在自然坐标系和同步旋转坐标系下的Vienna整流电路数学模型，推导了主要变量的函数表达式，进而计算了开关器件的电压、电流应力，为选取合适的开关器件提供了指导。
　　再次，分析了Vienna整流电路的空间矢量脉宽调制的基本原理，阐述了传统基于三电平的空间矢量调制方法和基于两电平方式的空间矢量调制方法，以及两者之间内在的关系。定性分析了该整流器中点电压不平衡的原因，并定量计算小矢量和中矢量对中点电压造成的波动。通过采用一种抑制中点电压波动的控制策略，解决了中点电压不平衡的问题，并提高了电流波形质量，并通过仿真与实验验证了该策略的有效性。
　　最后，研究了一种常规的Vienna整流器双载波脉冲宽度调制（Carrier-based Pulse Width Modulation，CB-PWM）方法，然后针对输入电流波形在过零点处发生畸变的问题，设计了一种基于电压补偿的载波脉宽调制策略，解决了输入电流过零点畸变的问题，改善了电流波形质量，并通过仿真与实验验证了理论分析的正确性以及所提策略的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2整流拓扑结构研究现状

1.3 Vienna整流器调制方法研究现状

1.4中点电压均衡控制研究现状

1.5论文主要研究工作

2 Vienna整流电路的建模与设计

2.1工作原理分析

2.2数学建模

2.3主电路参数设计

2.4本章小结

3 中点电压均衡控制研究

3.1空间矢量调制原理

3.2中点电压不平衡的机理及抑制策略

3.3仿真与实验分析

3.4本章小结

4 输入电流畸变抑制研究

4.1输入电流过零点畸变机理分析

4.2输入电流畸变的抑制策略

4.3仿真分析

4.4实验分析

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文、专利目录