无电解电容高功率因数逆变电源的设计

摘要

在涉及AC/DC或DC/AC转换的电力电子功率变换装置中，正弦规律变化的交流侧电压电流瞬时功率与电压或电流平直变化的直流侧不匹配，通常需要在直流环节母线上并联大容量电解电容，但是电解电容在化学性质及使用寿命上的弱点，对系统的整体使用寿命和稳定性造成严重危害，因此必须采取有效方法去除电解电容。与此同时，大量非线性电力电子装置接入电网引起的谐波污染问题也比较严重，应采取合理措施提高功率变换器的输入功率因数。　　首先，本文对现阶段实现高输入功率因数技术和无电解电容功率变换技术分别进行了总结和对比分析，在此研究基础上，确定了本文由前级有源功率因数校正电路(APFC)、后级 DC/AC 逆变器组成的 AC/DC/AC 变换型高功率因数逆变电源的基本结构；同时，根据AC/DC/AC电路直流环节脉动功率双向流动的特点，通过在直流母线上并联双向Buck/Boost有源补偿电路，并提出和采用无需电流传感器、响应速度快的新型控制策略，使AC/DC/AC变换存在着的双侧不平衡纹波功率得到很好抑制；然后，将新型控制分别应用于升压型并联解耦电路和降压型并联解耦电路，并分别进行了数学分析；最终，完成了无电解电容高功率因数逆变电源的原理设计。　　为了验证本文所提拓扑及其控制策略的有效性，设计了一款基于AC/DC/AC变换的并联型解耦无电解电容高功率因数逆变电源实验样机，利用实验结果验证了理论分析的正确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 AC/DC/AC变换前级高功率因数化技术

1.3 实现无电解电容逆变电源技术方案

1.3.1 改进型方案

1.3.2 增加辅助电路方案

1.4 本文研究主要内容

第2章 逆变电源系统电路结构分析

2.1 逆变电源系统电路结构

2.1.1 Boost型APFC电路结构及其工作原理

2.1.2 后级逆变器电路结构及分析性

2.2 储能电容的工作原理

2.2.1 逆变电源系统主电路结构及纹波功率分析

2.2.2 储能电容对逆变电源系统性能的影响

2.3 无电解电容逆变电源系统电路结构及分析

2.3.1 升压型双向Buck/Boost解耦电路拓扑结构及分析

2.3.2 降压型双向Buck/Boost解耦电路拓扑结构及分析

2.4 本章小结

第3章 并联解耦电路控制实现方法

3.1 并联解耦电路传统控制实现方法

3.2 升压型并联解耦电路新型控制及其实现方法

3.2.1升压型并联解耦电路新型控制基本原理

3.2.2升压型并联解耦电路新型控制数学分析

3.3 降压型并联解耦电路新型控制数学分析

3.4 无电解电容高功率因数逆变电源系统仿真分析

3.4.1 升压型并联解耦逆变电源系统仿真分析

3.4.2 降压型并联解耦逆变电源系统仿真分析

3.5本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1.1 主电路参数选择

4.1.2 控制电路设计

4.2.1 主电路参数选择

4.2.2 控制电路设计

4.3 并联解耦电路设计

4.3.1 主电路参数选择

4.3.2 控制电路设计

4.4 本章小结

第5章 系统实验结果及分析

5.1 储能电容对逆变电源系统性能影响的实验验证及分析

5.2 并联解耦电路对逆变电源系统性能影响的实验验证及分析

5.2.1 升压型并联解耦方案实验分析

5.2.2 降压型并联解耦方案实验分析

5.3 本章小结

结论

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

参考文献

致谢