三相單支全控開(kāi)關(guān)高功率因數(shù)低諧波整流器進(jìn)展

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被研究電路簡(jiǎn)單而實(shí)用,工作于固定占空比就能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,不過(guò)這種情況下,輸入電流含較多的5、7和11次諧波。往占空比注入6倍次諧波,能顯著減小諧波,但確定各諧波的注入量是個(gè)難點(diǎn)。采用多種算法(含遺傳算法)對(duì)諧波注入系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)對(duì)比可知:最簡(jiǎn)單迅速的方法是一維搜索;各次諧波的注入系數(shù)和輸入電壓幅值有關(guān),只注入6次諧波效果還不夠理想;此外,所給優(yōu)化結(jié)果是這種電路所能達(dá)到的最佳效果。

單周期控制方式是一種大信號(hào)非線性模擬控制方式。它僅需要幾個(gè)數(shù)字邏輯器件就可完成單位功率因數(shù)的控制任務(wù),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)基于單周期控制的三相三開(kāi)關(guān)三電平整流器(vienna)進(jìn)行了深入研究,推導(dǎo)了其單周期控制方程,并分析了在兩個(gè)輸出電容電壓不相等情況下的電壓平衡問(wèn)題,說(shuō)明了在單周期控制方式下輸出電容電壓可以達(dá)到平衡狀態(tài)。最后進(jìn)行了整個(gè)系統(tǒng)的仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證,仿真與試驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。設(shè)計(jì)了一種新型高效單相boost高功率因數(shù)整流器,主電路在傳統(tǒng)的boost電路中加入無(wú)源無(wú)損軟開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò),在不改變電路原有工作原理、模式的情況下降低了du/dt和di/dt,提高了電路效率?？刂齐娐凡捎胕r1150作為主控芯片,簡(jiǎn)化了pfc電路的設(shè)計(jì)并縮小了裝置體積。分析了單周期控制的功率因數(shù)校正原理與無(wú)源無(wú)損網(wǎng)絡(luò)的工作原理,對(duì)高功率因數(shù)整流器的主要模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一種新型薄銅帶工藝?yán)@制的帶中心抽頭的三點(diǎn)式電感,有效地減小了高頻集膚效應(yīng),改善了boost變換器的開(kāi)關(guān)調(diào)制波形并降低了磁件溫升。250w的樣機(jī)試驗(yàn)表明,該高功率因數(shù)整流器設(shè)計(jì)合理、性能可靠,功率因數(shù)可達(dá)0.993,實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)的零電流開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)的零電壓關(guān)斷。

根據(jù)三相單開(kāi)關(guān)功率因數(shù)校正(pfc)電路的工作原理,實(shí)現(xiàn)了專(zhuān)用時(shí)域仿真程序的編制,待求解的微分方程階次低,仿真速度高。通過(guò)與通用仿真程序的對(duì)比,證明了專(zhuān)用程序的有效性和高速性。

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。

分析了vienna整流器在橋臂各個(gè)功率器件出現(xiàn)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)開(kāi)路故障分類(lèi)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(guò)matlab軟件中m語(yǔ)言編程完成對(duì)故障分類(lèi)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(lèi)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(kāi)路故障進(jìn)行定位。

三相單開(kāi)關(guān)boost型功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)較為繁瑣,簡(jiǎn)化模型可使電路的分析和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化,利用簡(jiǎn)化模型對(duì)功率因數(shù)校正器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),仿真和實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。

研究了一種高功率因數(shù)的雙開(kāi)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(kāi)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。

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(kāi)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(kāi)關(guān)問(wèn)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(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)條件。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了這種功率變換技術(shù)的可行性。

通過(guò)對(duì)單周雙極性控制三相功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理、控制方法進(jìn)行仿真研究,在單周雙極性控制下輸入電流能較好地跟蹤輸入電壓,驗(yàn)證了采用該控制策略,功率因數(shù)校正系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。分析了單周雙極性控制下,在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期、不同開(kāi)關(guān)時(shí)段、不同開(kāi)關(guān)組合情況的電感電壓和電感電流的關(guān)系,經(jīng)過(guò)對(duì)saber模型仿真結(jié)果的分析,推導(dǎo)出電感電流紋波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,得出了電流紋波與電感值、開(kāi)關(guān)頻率和積分時(shí)間系數(shù)相關(guān)的結(jié)論。同時(shí),系統(tǒng)參數(shù)一定時(shí),當(dāng)輸出電壓大于2倍的相電壓與積分時(shí)間系數(shù)的比值,可以減小電感電流紋波;輸入、輸出電壓一定時(shí),電感電流紋波與電感值和開(kāi)關(guān)頻率成反比;系統(tǒng)穩(wěn)定性范圍與負(fù)載大小及積分時(shí)間系數(shù)有關(guān)。

提出了一種新穎的三相cuk型高功率因數(shù)校正電路。在電路拓?fù)渲胁捎萌嗳珮蛘鳂蚝蛦喂芄β书_(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波電流輸入;同時(shí)在中間儲(chǔ)能電容(過(guò)渡電容)上串聯(lián)一電感以及在續(xù)流二極管上并聯(lián)一小電容,使得電路工作在復(fù)合諧振狀態(tài),從而獲得零電流開(kāi)關(guān)。文章分析了電路的工作原理,仿真驗(yàn)證了理論分析結(jié)果,同時(shí)一個(gè)2kw的試驗(yàn)電路驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。該電路具有輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、功率因數(shù)和效率高等特點(diǎn),具有很好的實(shí)用化前景。

本文提出了一種通過(guò)調(diào)節(jié)pwm整流器功率因數(shù),來(lái)抑制交流傳動(dòng)的列車(chē)處于再生制動(dòng)時(shí)因受電弓處電壓過(guò)高而導(dǎo)致再生失效的方法。分析了列車(chē)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(guò)仿真驗(yàn)證了方案的可行性。

與傳統(tǒng)的兩電平變換器相比,多電平變換器輸出電平數(shù)增加,輸出波形階梯增多,更加接近目標(biāo)調(diào)制波。分析了三相三電平三開(kāi)關(guān)vienna整流器的工作原理,介紹了電路的實(shí)現(xiàn)方法,給出了主電路及采樣電路的設(shè)計(jì)。搭建了一個(gè)800w的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),利用tms320f2812dsp來(lái)實(shí)現(xiàn)控制算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的電路能滿足預(yù)定的要求,在工業(yè)控制中應(yīng)用前景廣闊。

提出了一種基于幅相控制、實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)可調(diào)的三相pwm變流器控制方法。通過(guò)建立系統(tǒng)低頻數(shù)學(xué)模型,分別在整流和逆變狀態(tài)下,探討系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)、從電網(wǎng)吸收或回饋容性、感性無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程。分析了控制角、受控的功率因數(shù)角、最大負(fù)載能力、最大回饋電網(wǎng)電能與調(diào)制深度、負(fù)載、電感量之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明,該pwm變流器具有控制簡(jiǎn)便、相電流諧波較小等優(yōu)點(diǎn)。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)日益得到廣泛應(yīng)用,帶來(lái)了三相整流器的功率校f問(wèn)題。在簡(jiǎn)要分析三相單開(kāi)關(guān)部分有源pfc的基礎(chǔ)上,根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無(wú)源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案,在對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析和仿真分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了所提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)的廣泛應(yīng)用,帶來(lái)了三相整流器的功率校正問(wèn)題。根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無(wú)源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案。在對(duì)其工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)要分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98,效率高達(dá)0.98。

三相pwm整流器功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于如何得到與輸入電壓同相位的輸入電流,同時(shí)要保證當(dāng)負(fù)載變化時(shí),輸出電壓能夠迅速地跟蹤參考值并且穩(wěn)定下來(lái)。首先根據(jù)六開(kāi)關(guān)三相boost型整流器的物理模型,分別建立了以電感電流和電容電壓為狀態(tài)向量的數(shù)學(xué)方程,然后把靜止三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)的滯環(huán)控制,電壓外環(huán)的滑?？刂?。通過(guò)仿真,表明該控制方法具有較強(qiáng)的魯棒性和良好的動(dòng)態(tài)特性,輸入電流諧波較小。

傳統(tǒng)pwm整流器直接功率控制(dpc)中,靠近基本電壓矢量的地方,容易出現(xiàn)無(wú)功功率失控現(xiàn)象,導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流出現(xiàn)畸變和較大的直流電壓波動(dòng)。從pwm整流器瞬時(shí)功率數(shù)學(xué)模型出發(fā),分析了開(kāi)關(guān)矢量對(duì)瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率的作用機(jī)理,設(shè)計(jì)了一種基于新扇區(qū)空間劃分方法和新開(kāi)關(guān)矢量表的pwm整流器dpc策略,該方法具有兼顧有功功率調(diào)節(jié)的快速性、抑制無(wú)功波動(dòng)和降低開(kāi)關(guān)頻率的功能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

三相單開(kāi)關(guān)boost型pfc電路,由于工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式,分析起來(lái)十分繁瑣,設(shè)計(jì)不得不采用“試湊法”。本文根據(jù)電路的工作原理,利用平均法,把原電路簡(jiǎn)化成一個(gè)工作于dcm的dc/dc變換器,使主電路的階次由三降為一,簡(jiǎn)化模型可用于主電路參數(shù)設(shè)計(jì),線性化處理之后,可在頻域設(shè)計(jì)輸出電壓調(diào)節(jié)器,因此使該類(lèi)電路的設(shè)計(jì)擺脫“試湊法”。對(duì)比性的仿真說(shuō)明,簡(jiǎn)化模型能夠反映原電路的低頻大信號(hào)特性。樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明有關(guān)分析正確

針對(duì)傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源輸入功率因數(shù)低、諧波含量高、開(kāi)關(guān)損耗大等缺點(diǎn),提出了一款基于三相雙開(kāi)關(guān)pfc電路的高功率因數(shù)軟開(kāi)關(guān)電源。本文研究了三相雙開(kāi)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(kāi)關(guān)的原理,提出一種高功率因數(shù)軟開(kāi)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(kāi)關(guān)管都工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)電路具有高功率因數(shù)、低開(kāi)關(guān)損耗、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)分析三相脈寬調(diào)制(pwm)整流器在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了具有前饋解耦控制的pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電流內(nèi)環(huán)的控制要求設(shè)計(jì)電流比例積分(pi)調(diào)節(jié)器,提出按閉環(huán)幅頻特性峰值(mr)最小準(zhǔn)則來(lái)確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法;根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電壓外環(huán)的控制要求,采用模最佳整定法來(lái)設(shè)計(jì)電壓pi調(diào)節(jié)器。最后對(duì)整個(gè)pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了pi調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的正確性。