控制無(wú)源無(wú)損軟開關(guān)高功率因數(shù)整流器

諧波污染已引起世界各國(guó)的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相三開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對(duì)電源電壓進(jìn)行檢測(cè),其控制邏輯非常簡(jiǎn)單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.98,且實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

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針對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)電源輸入功率因數(shù)低、諧波含量高、開關(guān)損耗大等缺點(diǎn),提出了一種基于單周期控制的高功率因數(shù)軟開關(guān)電源,分析了采用單周期控制進(jìn)行有源功率因數(shù)校正的原理,研究了不對(duì)稱半橋電路實(shí)現(xiàn)諧振軟開關(guān)的不同工作模態(tài),并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電源實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用單周期控制可有效提高系統(tǒng)功率因數(shù),減小輸入電流中的諧波含量,且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn)。不對(duì)稱半橋電路利用開關(guān)管的寄生電容與功率變壓器的漏感進(jìn)行諧振即可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān),有效減少了開關(guān)損耗,提高了電源效率。

研究了一種高功率因數(shù)的雙開關(guān)升壓整流器的單周期控制方法。在該整流器中,二極管整流電路和功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)結(jié)合在一起,減少了導(dǎo)通損耗,具有效率高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但是由于升壓電感在交流側(cè),電流和電壓檢測(cè)不是很方便。為此,引進(jìn)單周期控制技術(shù),它不需要檢測(cè)交流輸入電壓,而且對(duì)輸入電流的檢測(cè)也相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)單周期控制電路具有簡(jiǎn)單可靠、響應(yīng)快、成本低、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。文中較為詳細(xì)地分析了單周期控制雙開關(guān)升壓整流器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式,最后在pspice中進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

在需要采用三相整流器的中大功率場(chǎng)合，可控或不可控整流電路產(chǎn)生的低功率因數(shù)高諧波含量電網(wǎng)電流導(dǎo)致了電網(wǎng)電壓畸變，增加了配電系統(tǒng)導(dǎo)體、變壓器損耗和中線諧波電流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有功率因數(shù)校正的三相整流器越來越受到人們的重視。本文的目的就是介紹三相高功率因數(shù)整流器的進(jìn)展

本文提出了一種通過調(diào)節(jié)pwm整流器功率因數(shù),來抑制交流傳動(dòng)的列車處于再生制動(dòng)時(shí)因受電弓處電壓過高而導(dǎo)致再生失效的方法。分析了列車再生制動(dòng)時(shí),為了抑制受電弓電壓升高,所需的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的范圍,給出了在pwm整流器的預(yù)測(cè)電流控制的基礎(chǔ)上改進(jìn)策略并實(shí)現(xiàn)其功率因數(shù)調(diào)節(jié)的方案。在考慮無(wú)功傳輸導(dǎo)致的線路功率損耗的情況下,計(jì)算了抑制受電弓電壓上升所需要的pwm整流器功率因數(shù)角調(diào)節(jié)的大小,并通過仿真驗(yàn)證了方案的可行性。

采用偽相移式全橋零電壓零電流(pps-fb-zvzcs)變換器完成三相功率因數(shù)校正(pfc)和輸出電壓調(diào)節(jié)雙重功能,并能有效抑制直流母線電壓。本文對(duì)其進(jìn)行了理論分析、關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,其最大輸出功率為10kw,功率因數(shù)達(dá)到0.99,輕載時(shí)直流母線電壓小于800v。

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流器機(jī)組功率因數(shù)分析

針對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)電源輸入功率因數(shù)低、諧波含量高、開關(guān)損耗大等缺點(diǎn),提出了一款基于三相雙開關(guān)pfc電路的高功率因數(shù)軟開關(guān)電源。本文研究了三相雙開關(guān)pfc電路的六種工作模態(tài),分析了移相全橋zvspwm變換電路實(shí)現(xiàn)諧振軟開關(guān)的原理,提出一種高功率因數(shù)軟開關(guān)電源實(shí)用電路,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證及電路實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)電路能夠有效提高電源的功率因數(shù),且所有開關(guān)管都工作在軟開關(guān)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)電路具有高功率因數(shù)、低開關(guān)損耗、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

介紹了一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的三電平三相高功率因數(shù)軟開關(guān)ac/dc變換技術(shù),可在實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的同時(shí),實(shí)現(xiàn)ac/dc功率變換,直接獲得較低直流輸出電壓,并解決了交流側(cè)與直流側(cè)之間的電氣隔離及功率管的高耐壓和軟開關(guān)問題。在介紹主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,分析了功率因數(shù)校正原理和電流斷續(xù)條件,并給出軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)條件。通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了這種功率變換技術(shù)的可行性。

變壓器的設(shè)計(jì)是開關(guān)電源中關(guān)鍵的步驟。對(duì)帶有高功率因數(shù)(pf)反激式開關(guān)電源的變壓器原理進(jìn)行了論述,在探討變壓器的設(shè)計(jì)原理基礎(chǔ)上,提出一種良好的設(shè)計(jì)方法,并通過實(shí)驗(yàn)證明了設(shè)計(jì)原理。所設(shè)計(jì)的變壓器具有效率高、電磁干擾低、漏感低、溫升低的特點(diǎn)。

直接功率控制(dpc)動(dòng)態(tài)響應(yīng)比電壓定向控制(voc)要快,提出了一種無(wú)交流電壓傳感器的三相電壓型pwm整流器基于虛擬電網(wǎng)磁鏈的直接功率控制策略。由于通過估計(jì)虛擬磁鏈來計(jì)算功率,因此可省略網(wǎng)側(cè)電壓傳感器,該控制結(jié)構(gòu)為直流輸出電壓外環(huán),功率控制內(nèi)環(huán)節(jié)。仿真結(jié)果表明,系統(tǒng)可達(dá)到單位功率因數(shù),電流畸變小,具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能,方案切實(shí)可行。

通過功率變換器的數(shù)學(xué)模型,分析了現(xiàn)行直接功率控制(dpc)系統(tǒng)的原理。傳統(tǒng)dpc系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)采用一個(gè)開關(guān)表同時(shí)控制瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率,開關(guān)表的設(shè)計(jì)決定了系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能,為了滿足不同的控制要求,文章詳細(xì)分析了開關(guān)表的設(shè)計(jì)方法,通過對(duì)傳統(tǒng)開關(guān)表的改進(jìn),克服了傳統(tǒng)開關(guān)表的缺點(diǎn),獲得了良好的功率控制效果。仿真結(jié)果驗(yàn)證了新開關(guān)表設(shè)計(jì)方法的有效性。

以三電平電壓型pwm整流器的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),結(jié)合瞬時(shí)無(wú)功理論,推導(dǎo)了瞬時(shí)功率和三電平整流橋開關(guān)矢量之間的關(guān)系,提出了一種固定開關(guān)頻率的三電平pwm整流器的直接功率控制方法。該方法基于空間電壓矢量調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)過程中有功功率和無(wú)功功率的解耦控制。相對(duì)于傳統(tǒng)的開關(guān)表bang-bang控制方式的直接功率控制,該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對(duì)有功功率和無(wú)功功率的直接控制,而且能保證固定的開關(guān)頻率,簡(jiǎn)化了濾波器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制策略實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制,電流諧波小,具有良好的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

分析了vienna整流器在橋臂各個(gè)功率器件出現(xiàn)開路故障時(shí)所呈現(xiàn)的故障特征,指出了各橋臂續(xù)流二極管的開路故障對(duì)整流器的危害最大。進(jìn)一步提出了利用三相輸入電流直流分量以及輸出電壓交流紋波作為功率器件開路故障診斷的故障特征值。構(gòu)建了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功率開關(guān)開路故障分類系統(tǒng),并將所提取的故障特征值作為輸入訓(xùn)練樣本對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練,最后通過matlab軟件中m語(yǔ)言編程完成對(duì)故障分類系統(tǒng)的訓(xùn)練和測(cè)試。訓(xùn)練和測(cè)試的結(jié)果表明,訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分類系統(tǒng)可很好地對(duì)vienna整流器除續(xù)流二極管外的功率器件開路故障進(jìn)行定位。

pwm整流器是一種高功率因數(shù)、低噪音靜止變流器。采用類似于交流電機(jī)磁鏈觀測(cè)的方法構(gòu)造出虛擬的電網(wǎng)磁鏈?zhǔn)噶?作為pwm整流器矢量控制中的定向矢量,可以達(dá)到取消交流側(cè)電網(wǎng)電壓傳感器、降低pwm整流器硬件成本的目的。提出了準(zhǔn)確觀測(cè)虛擬電網(wǎng)磁鏈的方法,解決了pwm整流器無(wú)電壓傳感器運(yùn)行的關(guān)鍵問題。

對(duì)于絕大多數(shù)的電力企業(yè),用戶功率因數(shù)直接與電力網(wǎng)中的電能消耗和功率大小相關(guān),進(jìn)而影響供電線路的電壓波動(dòng)、電壓損失,而且與電能利用率和整片供電區(qū)域的供電質(zhì)量好壞相聯(lián)系。如何有效提高低壓配電網(wǎng)的功率因數(shù),已成為電力企業(yè)的重要議題。以大三暑假在杭州臨平供電所實(shí)習(xí)的內(nèi)容為載體,結(jié)合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí),查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,通過簡(jiǎn)介電網(wǎng)功率因數(shù)的主要相關(guān)因素以及低壓無(wú)功補(bǔ)償常見的幾種方法,再總結(jié)無(wú)功補(bǔ)償容量的確定方法和改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)的一般途徑。

軟開關(guān)技術(shù)可以抑制功率因數(shù)校正(pfc)電路中功率管開通時(shí)的電流上升率di/dt,同時(shí)降低關(guān)斷時(shí)的電壓上升率du/dt,使整個(gè)電路的效率得到提高。介紹了一種無(wú)損軟開關(guān)升壓(boost)功率因數(shù)校正變換器,詳細(xì)分析了電路的工作原理,并以此設(shè)計(jì)出一臺(tái)開關(guān)頻率為100khz,功率300w的樣機(jī),并給出實(shí)驗(yàn)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,加入輔助電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān),有效地改善開關(guān)管的工作波形。

三相電壓型pwm整流器在應(yīng)用中需要更加優(yōu)良的動(dòng)、靜態(tài)性能。針對(duì)整流器的非線性強(qiáng)耦合特點(diǎn),提出了一種滑模變結(jié)構(gòu)無(wú)源控制算法。算法中電壓外環(huán)采用滑模變結(jié)構(gòu)控制,電流內(nèi)環(huán)采用無(wú)源控制?；？刂浦幸哉髌鬏敵鲋绷麟妷赫`差為狀態(tài)變量構(gòu)造指數(shù)衰減律切換面。無(wú)源控制中采用狀態(tài)誤差構(gòu)造能量存儲(chǔ)函數(shù)并以誤差存儲(chǔ)函數(shù)為lyapunov函數(shù),通過注入阻尼使系統(tǒng)快速收斂到期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)。根據(jù)誤差存儲(chǔ)函數(shù)的收斂條件設(shè)計(jì)了整流器的無(wú)源控制器,實(shí)現(xiàn)了各變量的解耦控制。用pscad/emtdc軟件進(jìn)行仿真分析。與雙閉環(huán)pi控制對(duì)比,仿真結(jié)果表明該控制策略具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能和魯棒性。

在石油、石化等大型企業(yè)供電電力系統(tǒng)中感性負(fù)荷居多，它們?cè)黾恿讼到y(tǒng)中的無(wú)功吸收，減少了系統(tǒng)容量的有效利用，我們可以利用電容器組來補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功吸收，提高功率因數(shù)，合理利用系統(tǒng)設(shè)備容量。

將boost升壓型pfc變換器和有源箝位正激式dc/dc變換器結(jié)合在一起,共用一個(gè)開關(guān)管和控制電路,提出了一種新型有源箝位軟開關(guān)高功率因數(shù)充電電路,分析了該電路工作原理和主要參數(shù)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)測(cè)試結(jié)果表明:該變換器能夠?qū)崿F(xiàn)主開關(guān)管、輔開關(guān)管的零電壓導(dǎo)通,額定條件下功率因數(shù)達(dá)到0.98以上,效率達(dá)到91%以上,實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)和高變換效率,可用作小功率單相ups蓄電池恒壓充電電路。

節(jié)能降耗是企業(yè)降低成本的一項(xiàng)主要措施,用電行業(yè)安裝"無(wú)功功率因數(shù)補(bǔ)償箱",可以提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù),減少企業(yè)內(nèi)部的無(wú)功損耗和電壓損失,增加有功功率和減少電壓波動(dòng)。本文對(duì)產(chǎn)品的特點(diǎn)、技術(shù)參數(shù)、計(jì)算方法等作一介紹。