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应用于中频电源的高功率因数整流器研究

作　者: 江涛
导　师: 谢少军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 高功率因数整流器中频电源单周期控制单相VIENNA整流器单边调制双边调制 LCL滤波器
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 2次
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内容摘要

本文以单周期控制单相VIENNA整流器为研究对象,对应用于中频供电系统的单相PWM整流器进行了深入研究。论文首先分析了单周期控制单相VIENNA整流器实现高功率因数整流的原理,指出在简单模拟控制电路下,通过采样输出总电压也能使输出分立电容电压均衡。建立了系统模型,得出系统含有等效电流环的结论,并因此使电压环分析得到简化。另外,由于系统电压环带宽较窄,负载突变时调节速度很慢,设计了负载电流前馈控制方案,减轻了电压调节器的负担,极大地改善了系统的动态特性。对传统单周期控制下的输入电流进行了分析,得出在传统的单边调制下输入电流必然含有低频奇次谐波的结论,并据此提出了双边调制策略。在新的调制策略下,输入电流不再含有低频谐波,波形质量得到了改善。研究了变换器并联时交错并联和互补并联两种控制方案对输入电流的影响,指出了它们在减小电流纹波和抑制低频谐波方面的各自优势。针对单周期控制PWM整流器在较高输入频率下的特殊性,分析了采用LCL输入滤波器的必要性,并给出了采样变换器侧电感电流时系统稳定的物理意义和理论依据。为了验证本文理论分析的正确性,对各部分进行了仿真或实验验证,并最终通过完整的样机设计综合验证了以上的理论成果。实验结果表明,采用单周期控制的VIENNA整流器能实现高功率因数、高输入电流质量和优良动态的特性,能够满足中频输入条件下的整流器设计要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-21
  1.1 课题研究背景  14
  1.2 中频电源高功率因数整流器研究现状  14-18
    1.2.1 多脉冲整流方案  15-17
    1.2.2 PWM 整流方案  17-18
  1.3 中频PWM 整流控制方案及拓扑选择  18-20
    1.3.1 PWM 整流控制方案  18-19
    1.3.2 拓扑选择  19-20
  1.4 本文的主要工作  20-21
第二章单周期控制单相VIENNA 整流器建模  21-37
  2.1 大信号平均值模型  21-27
    2.1.1 工作模态分析  21-23
    2.1.2 控制结构分析  23-26
      2.1.2.1 高功率因数整流器原理分析  23-24
      2.1.2.2 电容电压均衡原理分析  24-26
    2.1.3 中频输入下大信号模型  26-27
  2.2 小信号模型  27-30
  2.3 负载电流前馈控制模型  30-32
  2.4 仿真和实验结果  32-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章单周期控制单相VIENNA 整流器调制策略  37-51
  3.1 传统的单边调制方式  37-42
    3.1.1 下降沿调制方式  37-40
    3.1.2 上升沿调制方式  40-42
  3.2 双边调制方式  42-44
    3.2.1 双边调制原理  42-43
    3.2.2 双边调制实现方式  43-44
  3.3 变换器并联时的调制方式  44-48
    3.3.1 交错并联方案  44-46
    3.3.2 互补并联方案  46-47
    3.3.3 电流纹波分析  47-48
  3.4 仿真结果  48-50
  3.5 本章小结  50-51
第四章采用LCL 滤波的单周期控制单相VIENNA 整流器  51-60
  4.1 PWM 整流器输入滤波器型式比较  51-52
    4.1.1 输入滤波器性能分析  51-52
    4.1.2 滤波器的选用  52
  4.2 应用LCL 滤波器的单周期控制变换器  52-55
    4.2.1 等效模型  52-53
    4.2.2 电流采样点的确定  53-54
    4.2.3 滤波效果分析  54-55
  4.3 LCL 滤波器参数设计  55-57
    4.3.1 变换器侧电感L2 的选取  55-56
    4.3.2 滤波电容C 的选取  56
    4.3.3 网侧电感L1 的选取  56-57
  4.4 仿真结果与分析  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章 500W 中频电源高功率因数整流器设计及实验研究  60-69
  5.1 引言  60
  5.2 功率电路设计  60-62
    5.2.1 输入滤波器设计  60-61
    5.2.2 输出滤波电容选取  61
    5.2.3 功率开关管选取  61-62
    5.2.4 功率二极管选取  62
    5.2.5 整流桥选取  62
  5.3 控制电路设计  62-66
    5.3.1 控制电路结构  62-63
    5.3.2 采样电路设计  63-64
    5.3.3 三角载波产生环节  64-65
    5.3.4 软启动电路设计  65
    5.3.5 保护电路设计  65-66
    5.3.6 驱动电路设计  66
  5.4 实验结果与分析  66-68
  5.5 本章小结  68-69
第六章总结与展望  69-71
  6.1 全文工作总结  69-70
  6.2 后续工作展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间发表的学术论文  75

应用于中频电源的高功率因数整流器研究

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