可用于电动汽车充电的三相VIENNA整流器研究

摘要

电动汽车作为未来汽车行业的重要组成部分，大规模电动汽车充电系统接入电网时需具有高功率因数和低谐波含量的特性，以减少电网能量损耗以及降低电网谐波污染。因此，电动汽车充电系统的前级整流系统需要具有功率因数校正功能，满足高功率因数和低电流谐波的要求。本文围绕可用于电动汽车充电的三相VIENNA整流器的研究，完成了以下工作：　　①分析了三相VIENNA整流器的工作原理，为便于控制器的设计，在三相静止坐标系，两相静止坐标系，两相旋转坐标系下对模型表达式进行了推导。　　②针对三相VIENNA整流器功率因数校正控制策略的选择，从工程应用角度出发，对适用于工程应用的dq坐标系下的PI双闭环控制、单周控制策略以及平均电流控制策略，从控制原理、调制策略、中点平衡策略及控制器设计等方面进行介绍和分析。为对比控制效果，在Simulink环境下搭建仿真模型，对三种控制策略进行仿真对比，以THD及功率因数大小为主要参考指标，选择dq坐标系下PI双闭环控制策略作为三相VIENNA功率因数校正系统实现的控制策略。　　③设计了额定功率为4.5kW的工程样机，完成了样机的主电路、控制电路与保护电路设计，并绘制了PCB板，搭建实验样机。以DSP28335为主控芯片，对功率因数校正系统进行软件设计，并对系统进行软硬件联合调试，经过测试，样机的稳态工作性能和动态工作性能正常，达到设计指标要求。

目录

1 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状分析

1.2.1 三相功率因数校正拓扑结构

1.2.2三相VIENNA整流器控制策略研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 三相VIENNA 整流器的工作原理及数学模型建立

2.1 三相VIENNA整流器工作原理分析

2.2 三相VIENNA整流器数学建模

2.2.1 三相VIENNA整流器三相静止坐标系下的数学模型

2.2.2 三相VIENNA整流器??坐标系下的模型

2.2.3 三相VIENNA整流器dq坐标系下的模型

2.3 本章小结

3 VIENNA 整流器功率因数校正控制策略

3.2.1 三相VIENNA整流器的单周控制原理

3.2.2 三相VIENNA整流器单周控制模式下的中点电位平衡分析

3.2.3 三相VIENNA整流器单周控制模式下的中点电位平衡策略

3.3.1 三相VIENNA整流器dq坐标系下PI双闭环控制原理

3.3.2 三相VIENNA整流器dq坐标系下PI双闭环控制器设计

3.3.3 三相VIENNA整流器dq坐标系下双闭环控制模式下的调制策略

3.3.4 三相VIENNA整流器dq坐标系下双闭环控制下中点电位平衡

3.4.1 三相VIENNA整流器平均电流控制原理

3.4.2 三相VIENNA整流器平均电流控制模式下控制器设计

3.4.3 三相VIENNA整流器平均电流控制模式下的调制策略

3.4.4 三相VIENNA整流器平均电流控制模式下的中点电位平衡

3.5 三相VIENNA整流器不同控制策略下的仿真

3.6 本章小结

4 三相VIENNA 功率因数校正系统设计与实验

4.1 主电路参数设计

① 电感的选择

② 输出电容的参数计算

③ 开关管选择

④ 功率二极管的选择

4.2 控制电路设计

① 交流输入电压采样电路设计

② 输出直流电压采样电路

③ 交流电流采样电路设计

④ 保护电路设计

⑤ 预充电路设计

⑥ MOS 管驱动电路设计

4.3 系统软件设计

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

参考文献

附录

A 学位论文数据集

致谢