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直接电流控制的并联PFC研究

作　者: 王亚芳
导　师: 谢少军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 功率因数校正技术有源电力滤波器直接电流控制倍频CPS-SPWM技术谐波补偿
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

功率因数校正技术是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效地方法,已经得到了广泛的研究和应用。本文参考并联型有源电力滤波器的拓扑,提出并联型PFC的概念,利用并联接入电网电源与输出负载之间的逆变器输出负载补偿电流,构成并联型PFC。电源电流控制方式采用直接电流控制,无需对负载电流进行检测,不需要通过复杂的算法计算谐波及无功电流或基波有功电流。单个全桥逆变器结构简单,控制相对容易。本文首先针对单桥并联型PFC进行研究,给出了主电路、控制电路各参数的设计方法,并制作了原理样机,仿真和实验表明,补偿后电源的功率因数接近于1,谐波含量大大降低。为了增加逆变器的带宽、能实现对高次谐波电流的补偿,本文研究采用基于倍频CPS-SPWM技术的多个逆变器并联,以提高等效开关频率,达到系统要求的技术指标。仿真和实验表明,两桥并联并联型PFC系统具有良好的谐波补偿效果和功率因数校正性能,直流侧均压易于实现。采用倍频CPS-SPWM技术,能在较低的器件开关频率下实现较高的等效开关频率。为了将中等功率的开关器件应用于高电压场合,本文研究采用多个逆变器级联。级联时,各级联逆变桥直流侧电压必须均衡。本文对直流侧电容均压控制进行了分析,在此基础上进行了仿真研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-20
  1.1 课题研究的背景  14-16
    1.1.1 谐波产生原因及其危害  14-15
      1.1.1.1 谐波产生的原因  14
      1.1.1.2 谐波的危害  14-15
    1.1.2 谐波限制标准及其抑制方法  15-16
      1.1.2.1 谐波限制标准  15-16
      1.1.2.2 谐波抑制方法  16
  1.2 功率因数校正技术  16-18
    1.2.1 功率因数的基本概念  16-17
    1.2.2 无源功率因数校正技术  17
    1.2.3 有源功率因数校正技术  17-18
  1.3 本文的主要工作  18-20
第二章并联型PFC 分析  20-26
  2.1 并联型PFC 工作原理  20-21
  2.2 并联型PFC 功率电路拓扑结构  21-23
    2.2.1 单个全桥逆变器  21
    2.2.2 并联型逆变器  21-22
    2.2.3 级联型逆变器  22-23
  2.3 并联型PFC 控制方案  23-25
    2.3.1 直接电流控制策略  23-24
    2.3.2 并联型PFC 直流侧电压控制  24
    2.3.3 并联型PFC 交流侧电流控制  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章单桥并联型PFC 技术研究  26-46
  3.1 单桥并联型PFC 参数设计  26-31
    3.1.1 主电路参数设计  26-28
      3.1.1.1 主电路容量计算  26
      3.1.1.2 直流侧电容值选取  26-27
      3.1.1.3 交流侧电感值选取  27-28
    3.1.2 闭环控制参数设计  28-31
      3.1.2.1 电流内环设计  29-30
      3.1.2.2 电压外环设计  30-31
  3.2 单桥并联型PFC 仿真研究  31-35
    3.2.1 仿真参数  31-32
    3.2.2 仿真模型  32-33
    3.2.3 不同负载情况下的仿真研究与分析  33-35
  3.3 单桥并联型PFC 实验研究  35-45
    3.3.1 系统结构框图  35
    3.3.2 硬件电路设计  35-42
      3.3.2.1 功率电路设计  35-37
      3.3.2.2 控制电路设计  37-40
      3.3.2.3 隔离驱动电路设计  40
      3.3.2.4 保护电路设计  40-42
    3.3.3 实验结果与分析  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章两桥并联并联型PFC 技术研究  46-62
  4.1 倍频CPS-SPWM 技术研究  46-48
    4.1.1 倍频 CPS-SPWM 技术原理  46-47
    4.1.2 基于倍频CPS-SPWM 技术的并联逆变器  47-48
  4.2 两桥并联并联型PFC 直流侧电压控制  48
  4.3 两桥并联并联型PFC 仿真研究  48-52
    4.3.1 仿真参数  48-49
    4.3.2 仿真模型  49
    4.3.3 不同负载情况下的仿真研究  49-52
  4.4 两桥并联并联型PFC 实验研究  52-61
    4.4.1 两路移相载波的实现  52-53
    4.4.2 实验结果与分析  53-57
    4.4.3 与单桥并联型PFC 对比分析  57-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章两桥级联并联型PFC 技术研究  62-68
  5.1 两桥级联并联型PFC 直流侧电压控制  62-63
    5.1.1 直流侧电压PI 控制的实现  62
    5.1.2 直流侧电压均压控制的实现  62-63
      5.1.2.1 控制调制波幅值  62
      5.1.2.2 控制三角载波幅值  62-63
  5.2 两桥级联并联型PFC 仿真研究  63-67
    5.2.1 仿真参数  63
    5.2.2 仿真模型  63-65
    5.2.3 不同负载情况下的仿真研究  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 全文工作总结  68-69
  6.2 进一步工作展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
在学期间发表的学术论文  74

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