三相三线制三电平维也纳整流器的研究与设计

摘要

与传统的二极管不控整流电路和晶闸管相控整流电路相比，三电平维也纳整流器具有功率密度等级高、谐波含量小、耐压等级高、无须考虑死区、开关器件少等优点，因此得到了广泛的应用。然而，维也纳整流器拓扑结构的特殊性导致三相电流过零点畸变，与三电平变换器一样都存在中点电位平衡与系统漏电流抑制问题。为了降低维也纳整流器向电网注入的谐波同时保证系统稳定、可靠运行，必须解决三相电流过零点畸变、中点电位平衡问题，同时抑制系统漏电流。
　　论文首先介绍了三电平维也纳整流器的研究背景，介绍目前解决三相电流过零点畸变、中点平衡控制和抑制系统漏电流的研究现状，然后简单介绍三电平维也纳整流器的拓扑结构、基本工作原理、中点电位不平衡和漏电流的产生机理，分析了空间矢量对中点平衡和共模电压的影响，为后文提出一种新的载波调制策略做铺垫。接下来本文深入分析了维也纳整流器三相电流过零点畸变的机理和电流过零点畸变的区域，采用补偿最小滞后无功功率而且在电流过零点畸变区域注入一定的零序分量彻底解决了三电平维也纳整流器过零点畸变问题，实现功率因数的最大化。同时该方案在电流畸变区域内系统漏电流较小但是不能调节中点电位，因此，本文在电流非过零点畸变区域内加强了对中点电位的控制同时系统漏电流较小，具体方案是:从空间矢量的角度提出了一种新调制策略，利用共模电压最小的小矢量控制中点电位平衡，不仅加强中点电位控制而且系统漏电流较小。最后，实现了空间矢量调制与载波调制的统一，载波调制策略算法简单，易于实现，具有一定的工程价值。
　　为了验证本文提出方案的有效性和可行性，搭建了三电平维也纳整流器实现平台，对文中提出的电流过零点畸变抑制，中点平衡控制和漏电流抑制解决方案进行仿真和实验验证。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 功率因数校正的性能要求

1．3 三相功率因数校正电路的研究现状

1．4 三电平维也纳整流器研究现状

1．4．1 维也纳整流器三相电流过零点畸变研究现状

1．4．2 维也纳整流器中点平衡控制与漏电流抑制的研究现状

1．5 本课题研究的主要内容

第二章 三电平维也纳整流器工作原理和调制策略

2．1 引言

2．2 三电平维也纳整流器的基本工作机理

2．3 三电平功率因数校正电路的基本调制策略

2．4 三电平维也纳直流侧电容电压不平衡现象的机理分析

2．5 三电平空间矢量对系统漏电流的影响

第三章 维也纳整流器过零点畸变的产生与抑制

3．1 引言

3．2 维也纳整流器电流过零点畸变的机理

3．3 无功功率补偿与零序分量注入法解决电流过零点畸变

3．4 仿真验证

第四章 一种抑制系统漏电流的中点电位平衡控制算法

4．1 引言

4．2 一种低共模电压的中点平衡控制载波调制算法

4．2．1 传统调制策略对共模电压的影响

4．2．2 一种低共模电压的中点平衡控制载波调制算法

4．3 维也纳整流器电流过零点畸变与抑制系统漏电流之间的关系

4．4 仿真验证

第五章 三电平维也纳整流器软硬件设计

5．1 实验系统结构介绍

5．2 硬件主电路系统设计

5．2．1 直流侧电容参数的设计

5．2．2 MOSFET等功率器件的参数设计及选型

5．2．3 驱动电路设计和滤波器设计

5．2．4 电压电流采样设计

5．3 控制系统的软件设计

5．3．1 SCI通讯

5．3．2 实验程序流程图

第六章 实验研究

6．1 实验平台介绍

6．2 三相电流过零点畸变算法的实验验证

6．3 低共模电压的中点电位平衡控制算法实验验证

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况