高压三相VIENNA型PFC整流电路的研究

摘要

在同等开关频率条件下,多电平 PWM变换器的谐波畸变率远远地低于两电平电压变换器的谐波畸变率,并且多电平PWM变换器对绝缘栅双极晶体管的电压应力要求非常低,所以成为了高压大功率应用场合中的研究热点。和功率因数低下、谐波含量大的传统三相整流器相比,VIENNA型PFC整流器具有显著的优势:1、可以实现功率因数的单位化;2、三相中的绝缘栅双极晶体管电压应力低,为输出电压的一半,可以大大降低开关管的损耗;3、谐波畸变率低;4、可以实现稳压输出和输出的实时控制;5、控制简单,易于实现。从经济和安全两个方面来考虑,三相 VIENNA型 PFC整流器特别适合于三相大功率场合中,易于在实际工程应用场合上的实现。
　　本文以三相三开关三电平(VIENNA)整流器为研究对象,从研究对象的电路结构、工作原理、控制方法、参数设计、Simulink仿真、器件选型、硬件设计、实验验证、改良控制策略等多个方面展开详细深入的研究,本论文分析了 VIENNA整流器拓扑的不同工作状态,建立了基于 PI调节的双闭环控制结构框图,深入研究电压外环电流内环的滞环控制策略,通过仿真和实验验证表明 VIENNA整流器可使用较少的开关器件实现装置的功率因数单位化运行和稳定输出以及输出的实时调控,并且文章后面在原有的控制策略基础上对控制方法进行了改进。
　　在确定了主电路的控制方法之后,本文进行了主回路的参数设计和主要元器件的选型以及硬件电路的设计,根据实验室的现有条件设计了40kW的实验样品。通过上电实验得到一些实验结果,根据所得的实验波形可以很明显的看出VIENNA整流器在滞环控制策略下,体现出了很大的优越性:功率因数高、谐波畸变率低、开关管电压应力小,输出稳定可调。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 功率因数校正技术的发展现状

1.2 三开关三电平三相整流器拓扑结构的演变

1.3 三相三电平整流器的控制策略

1.4 本文的研究目的和主要内容

2 三相VIENNA型PFC整流器的工作原理

2.1 单相VIENNA型整流电路的拓扑结构及工作原理分析

2.2 三相VIENNA型PFC整流器的拓扑结构

2.3 工作状态分析

3 基于电压外环的电流滞环控制的SPWM控制策略

3.1电流滞环控制方法

3.2滞环控制的算法分析

3.3滞环电流控制器的实现

4 VIENNA整流器系统设计和仿真研究

4.1系统设计指标

4.2主回路参数设计

4.3Matlab/Simulink 仿真模型及仿真结果

5三相VIENNA整流器的系统硬件电路设计

5.1硬件电路的设计

5.2 实验结果与分析

6.控制方法的改进

6.1 分时段信号的产生

6.2区间控制信号的硬件电路实现

6.3改进后的控制部分的仿真：

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录I：VIENNA整流器系统仿真模型

附录II：VIENNA整流器硬件电路图（DXP原理图）

附录III：VIENNA整流器实物图

附录IV：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著