数字单周期控制三相VIENNA整流器的研究与实现

发布时间：2020-03-28 23:15

【摘要】：随着电力电子设备对功率因素的要求不断提高,高功率因素和低电流谐波分量的PWM整流器在中大功率设备中得到广泛的应用。VIENNA整流器作为一种典型的三电平PWM整流拓扑,相比于两电平整流器具有输入电流谐波分量低和功率器件电压应力小等优点;而相比于其它类型的三电平整流器具有功率器件少、控制电路简单以及无桥臂电压直通等优势。但是,传统控制策略下三电平整流器存在中点电位不平衡的固有问题。因此,对VIENNA整流器控制策略与性能优化的研究具有重要的理论意义和实际价值。首先,本文简要阐述了功率因数校正的背景和意义,介绍了目前功率因数校正拓扑结构和控制策略的研究现状;详细分析了三相VIENNA整流器的工作原理,介绍了单周期控制策略技术,并分析了一种单周期控制的改进调制方式;通过状态空间平均法得出了三相VIENNA整流器在单周期控制策略下的核心控制函数。其次,针对三电平整流器存在中点电位不平衡的问题,分析了中点电位不平衡的根本原因,并采用了一种三次谐波注入式方法对中点电位进行平衡控制。在此方法基础上,提出引入均压环控制的改进中点电位平衡控制方法;基于PSIM仿真软件搭建了加入改进中点电位平衡控制的单周期控制三相VIENNA整流器仿真模型,仿真结果验证了理论的可行性。然后,设计了以数字芯片TMS320F28035为控制核心的VIENNA整流器系统结构。硬件部分介绍了三相升压电感计算、功率器件选型以及数字控制模块的驱动电路、采样调理电路和辅助电源电路的设计;软件部分介绍了软件系统设计与资源配置、数字单周期控制算法以及中点电位平衡控制方法的实现方案。最后,搭建了一台6kW的三相VIENNA整流器实验样机。在单周期控制策略的基础上,采用注入三次谐波零序分量加均压环的改进中点电位平衡控制方法进行了实验。实验结果表明,在加入中点电位平衡控制方法后,VIENNA整流器直流母线中点电位得到了有效的平衡控制,验证了改进中点电位平衡控制方法的有效性。
【图文】：

波形,单开关,整流电路

本节主要针对几种典型的三相 APFC 拓扑结构及析与对比。三相单开关 APFC 拓扑结构单开关 APFC 拓扑结构是对单相 Boost PFC 在三相电路的应用扩 1-4 所示[13]。它相比传统整流电路，在输出端并联了一个可控的输入电流波形，减少谐波分量，并且输出稳定的直流电压。由信号的控制，其 THD（Total Harmonic Distortion，总谐波失真）联在直流母线端，在关断期间承受的电压应力为整个直流母线的选型要求更为严格。扑控制信号的频率和占空比一般都是固定的，所以输入电流含 7 次谐波。因此，一般在原有控制策略的基础上通过注入 6 次次谐波，达到减少谐波分量幅值的目的。

双开关,整流电路,单开关

第 1 章绪论（2）三相双开关 APFC 拓扑结构在三相单开关 PFC 拓扑结构的基础上，可通过在输入网侧增加 LCL 滤波器输入电容中点与输出直流母线电容中点相连，形成两个对称互补工作状态的三开关 APFC 电路。因此，，该拓扑结构可称为三相双开关 APFC 电路[14]，其电路如图 1-2 所示。三相双开关 APFC 相比于三相单开关 APFC，不仅能够降低开电压应力，而且还能进一步降低输入谐波分量。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM461

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