7.5kW充电机三相三电平VIENNA整流器的研究与设计

摘要

随着整流器在电力电子设备中所占的比例日趋增高，其强的非线性特征给电网带来了严重的谐波污染，如何有效的治理电网谐波、改善电能质量、净化电网环境成为电力电子领域研究的热点，从谐波产生源头进行治理的PWM整流器成为了分布式电力电子设备常见的整流拓扑。由于传统的三相六开关PWM整流器开关器件多，驱动难以设计等缺陷，本文研究的三相三电平VIENNA整流器具有开关应力低、开关器件少、总谐波失真小、功率因数高等优点，具有良好的实际工程应用前景。
　　论文首先分析了VIENNA整流器的工作原理，介绍了各开关状态下系统的运行状态，并在此基础上对系统进行建模，分别给出了系统在abc自然坐标系以及dq旋转坐标系下的数学模型。接着本文进一步分析了VIENNA整流器的控制算法，研究了传统的三电平空间矢量脉宽调制（SVPWM, Space Vector Pulse Width Modulation）算法并且阐述了其运用于VIENNA整流器中所存在的复杂电流区间判断的问题，进而提出了基于期望电压辅助区间判断的SVPWM调制方法，并且结合了对一些通项的研究和计算，这些方法使SVPWM算法应用于VIENNA整流器时得到了简化。
　　本文给出VIENNA整流器中功率器件详细的设计原则，并且对7.5kW充电机样机的功率器件进行了计算和选型。由于系统采用电压电流双闭环控制，本文分析了如何对电流进行解耦控制，并给出了双闭环控制的整体结构。在系统设计和控制方法研究的基础上，本文搭建了基于Matlab/Simulink平台的VIENNA整流器的控制系统仿真，仿真验证了系统的参数设计和控制算法的正确性。
　　本文最后给出了7.5kW充电机中VIENNA整流器的设计参数、控制系统结构框图以及硬件设计原则，搭建了样机的实验平台，对样机进行调试与实验，并进行了深入的研究。实验的结果说明，通过本文的研究与分析设计出的VIENNA整流器及其控制算法具有切实可行性，实现了系统在单位功率因数下稳定运行。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 整流器拓扑的发展

1.3 控制方法的发展

1.4 本论文研究内容与章节介绍

第二章 VIENNA整流器的原理分析

2.1 VIENNA整流器的基本工作原理

2.2 VIENNA整流器的数学模型

2.3 本章小结

第三章 基于空间矢量的VIENNA整流器调制原理

3.1 三电平电压矢量空间

3.2 传统三电平SVPWM调制原理

3.3 VIENNA整流器的电压矢量空间

3.4 VIENNA整流器的SVPWM控制算法

3.5 本章小结

第四章 VIENNA整流器的系统设计及仿真实现

4.1 VIENNA系统参数设计

4.2 7.5kW充电机中VIENNA整流器参数设计

4.3 电流电压双环控制系统设计

4.4 Matlab/Simulink仿真实现

4.5 本章小结

第五章 VIENNA整流器硬件设计与实验结果

5.1 7.5kW充电机VIENNA整流器硬件电路设计

5.2 试验样机实验与结果分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果