高功率因数、低输入电流THD三相Buck整流器的研究与实现

摘要

电能质量最主要的问题是谐波和功率因数，研究降低谐波含量与提高功率因数的方法越来越受到业界的关注。PWM整流器克服了输入谐波含量高、可控性差以及功率因数低等缺点，广泛用于数据中心、超导储能、新能源并网发电以及感应加热等领域。为了满足交流供电系统高功率因数、低输入电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion， THD)等指标要求，需要合理设计PWM整流器的滤波器参数，并研究降低三相整流器输入电流THD的方法。电流型PWM整流器本质是降压型拓扑，具有适应短路工况的特点，其可靠性高，本文以三相Buck整流器为研究对象。　　基于三相静止坐标系，建立了三相Buck整流器的数学模型，并对本论文所用调制策略进行了研究。基于电流型空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation， SVPWM)策略，推导了三相Buck整流器开关管导通时间表达式。根据电流矢量作用时间表达式，提出了两种不同的计算方法，分析了两种矢量作用时间计算方法的优缺点。实验表明：在三相输入电压平衡时，两种矢量计算方法都能实现三相Buck整流器的高功率因数、低输入电流THD。但在三相输入电压不平衡时，除以三相输入电压瞬时值平方和的方法能有效抑制输入电流的谐波含量。　　基于十二扇区五段式调制策略，对传统三相Buck整流器的模态进行了分析，并分析了传统三相Buck整流器的缺点。为了改善传统三相Buck整流器的缺点，研究了带共模滤波器的三相Buck整流器，同时对带共模滤波器的三相Buck整流器模态进行了分析。对比分析了传统三相Buck整流器和带共模滤波器三相Buck整理器的电感电流纹波，分析了共模滤波器对输入电流THD的影响。实验表明：加入共模滤波器能有效降低三相Buck整流器输入电流THD。　　详细计算了桥臂MOS管和二极管的电压和电流应力，为其选型提供了依据。分析设计了直流功率电感、直流输出电容参数和共模滤波器参数。以滤除输入侧电流谐波并实现高功率因数为前提，对输入侧LC滤波器参数进行了设计。设计了三相Buck整流器软件系统和实验样机，并通过实验验证了系统参数设计和理论分析的正确性。

目录

声明

第一章绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 PWM整流器的分类

1.3 三相Buck整流器应用前景及研究现状

1.3.1 三相Buck整流器的应用前景

1.3.2 三相Buck整流器的研究现状

1.4 本文的研究内容

第二章三相Buck 整流器原理及数学建模

2.1 三相Buck整流器原理

2.1.1 三相Buck整流器拓扑结构

2.1.2 三相Buck整流器工作原理

2.1.3 三相Buck整流器空间矢量脉宽调制

2.2 三相Buck整流器数学模型

2.3 三相Buck整流器信号发生技术

2.4 本章小结

第三章三相Buck 整流器矢量作用时间分析

3.1 矢量作用时间

3.1.1 矢量作用时间计算

3.1.2 矢量作用时间的不同实现方法

3.1.3 两种矢量作用时间计算方法对比

3.2 三相Buck整流器控制策略

3.3 两种矢量作用时间计算方法仿真验证

3.4 本章小结

第四章带共模滤波器的三相Buck 整流器研究

4.1 传统三相Buck 整流器

4.1.1 传统三相Buck整流器的模态分析

4.1.2 传统三相Buck整流器输入电流THD分析

4.2 带共模滤波器的三相Buck整流器

4.2.1 带共模滤波器的三相Buck整流器模态分析

4.2.2 带共模滤波器的三相Buck整流器电感电流纹波分析

4.2.3共模滤波器对三相Buck整流器的影响

4.3仿真验证

4.4 本章小结

第五章三相Buck 整流器硬件与软件设计

5.1 三相Buck整流器硬件设计

5.1.1 器件应力分析

5.1.2 电感参数设计

5.1.3 三相Buck整流器输入LC滤波器

5.1.4 电容参数设计

5.1.5 共模滤波器参数设计

5.2 三相Buck整流器的软件设计

5.3 三相Buck整流器实验结果分析

5.3.1矢量作用时间不同计算方法实验

5.3.2传统三相Buck整流器和带共模滤波器的实验对比

5.4 本章小结

总结与展望

本文工作总结

下一步工作

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文