宽频率范围输入三相降压型变换器研究
发布时间：2022-02-11 17:46
为避免多电飞机上非线性负载产生的谐波对飞机电网质量的影响,航空电源通常采用有源功率因数校正技术,开展适用于多电飞机交流变频供电系统的PWM整流器研究具有重要意义。PWM整流器作为一种功率因数校正装置,分为电压型整流器和电流型整流器。三相电压型整流器母线电压通常达到650V以上,输出电压等级高,变化范围窄,不利于后级变换器设计。而电流型整流器输出电压具备可调节能力,变化范围宽,不会产生因负载短路导致的过流问题,具有更广阔的应用前景。目前关于三相电流型整流器应用场合的研究多局限于电网频率为50Hz的场况中,本文提出将三相电流型整流器的应用场合扩展到400Hz-800Hz电网中。通过单同步旋转坐标系锁相环来实现整流器对电网相位和频率的跟踪,以满足航空领域供电系统对整流器的工作要求。此外,本文还开展以下研究:本文首先研究了三相电流型整流器的工作原理,分析了三相电流型整流器PWM信号发生技术。通过建立数学模型,研究了电流型整流器控制策略。本文采用输出电压外环与直流侧电感电流内环组合的双闭环间接电流控制策略,通过控制直流侧电感电流间接控制网侧电流,实现设备单位功率因数。该方法不需要采集电网电流,省...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三相P
第1章绪论-3-响总谐波失真(TotalHarmonicDistortion,THD)和功率因数，因此需要采用谐振抑制方案。为了增加电路反向阻断能力，开关管处串联功率二极管，但增加了系统损耗。此外，传统的电压型整流器采用二值逻辑信号，而电流型整流器需采用三值逻辑信号，要经过逻辑转换环节，因此三相CSR驱动电路的设计变得较为复杂。即使三相CSR电路有上述诸多缺点，但其应用价值仍不能忽略，三相CSR电路的优势如下：(1)根据上文所提到的三相CSR电路输出电压可以从零开始调节，具有降压特性。因此，可以直接接低压负载，也有利于后级变换器的设计。(2)三相CSR电路直流侧接有大电感，不会发生因短路造成的过流问题，桥臂允许直通。与三相VSR电路相比，三相CSR电路具有更高的可靠性。(3)随着超导技术和新器件的更新与发展，三相CSR电路直流侧大电感可以采用超导线圈，减小了系统损耗；采用逆阻型器件便于提升电路功率密度，这些新技术、新器件的出现使三相CSR电路在未来更具有竞争力。1.2三相降压型电路拓扑结构的研究传统的三相功率因数校正电路多采用升压型变换器，其直流母线输出电压等级高，不利于后级变换器设计，因此开展降压型变换器的研究具有重要意义，下面介绍几种降压型电路拓扑。(1)三相单开关整流器图1-2所示为典型三相单开关整流器[5]，该整流器采用二极管不控整流，直流侧接一个开关管构成三相降压型电路，该电路电流谐波含量较大，功率因数低。图1-2三相单开关整流器(2)SWISS变换器在文献[6]中J.W.Kolar提出图1-3所示的SWISS变换器拓扑结构，从图中可以看出该拓扑结构在不控整流桥后的直流侧接有两个工作在高频状态的开关管构成双
燕山大学工学硕士学位论文-4-Buck电路，以实现降压功能。由于SWISS整流器只有两个开关管工作在高频模式，损耗相对较小，中间三组双向开关管工作在二倍的电网频率，构成电网谐波电流补偿网络，用来补偿因不控整流带来的电流死区问题[7]。该电路电压应力集中，便于器件选型。文献[8]采用该拓扑结构并选用SiC功率元器件，制作一台输出功率为8kW，输出电压为400Vdc，功率密度为4kWdm-3(66Win-3)实验样机，效率达到99.3%。目前SWISS拓扑尚存在较大的改进空间，具有深远的研究价值[9-11]。图1-3SWISS变换器(3)三相三开关整流器图1-4所示为一种新型的三相三开关PFC整流器，与三相六开关电流型整流器相比，该电路中开关管数量减少、二极管数量增多，控制相对简单[12]。文献[13]对该拓扑的调制与控制方式进行了研究。文献[14]针对该电路参数进行详细设计，制作了一台输出功率为5kW，输出电压为400Vdc的实验样机，该样机实现了电网电压电流同相位，单位功率因数运行。目前该拓扑应用于多电飞机[15]、有源电力滤波器[16]中。图1-4三相三开关整流器(4)多单元模块并联三相电流型多电平变换器受制于电力电子技术和功率元器件水平的限制，在高压大功率场合，需要多模块电路结构串联或并联来满足输出要求。此外在高压大功率领域，开关频率一般较
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流型PWM整流器自适应陷波器有源阻尼控制策略[J]. 钟诚,程婷婷,王建. 电气传动. 2019(12)
[2]大功率电源谐波传导发射抑制方法研究[J]. 戴水红,武红斌,姜春辉. 电力电子技术. 2019(11)
[3]基于αβ坐标系的电流型PWM整流器有源阻尼控制[J]. 李练兵,王玲珑,岳东华,祝亚尊,陈黎. 电测与仪表. 2019(21)
[4]三相Buck整流器级联直流变换器控制策略研究[J]. 刘高,陈强,马红波,陶壮意. 电力电子技术. 2019(09)
[5]电力系统中的谐波检测和抑制技术探讨[J]. 陈浩钢,饶偲. 数字通信世界. 2019(08)
[6]电流源变换器直流链电流纹波抑制策略研究[J]. 郭小强,杨勇,王学惠. 中国电机工程学报. 2018(20)
[7]电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J]. 沈学良. 中国新技术新产品. 2017(12)
[8]一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统[J]. 郭强,刘和平,彭东林,刘庆. 电工技术学报. 2016(16)
[9]光伏并网三相电流型多电平变流器拓扑与控制[J]. 鲍建宇,鲍卫兵,李玉玲. 电工技术学报. 2016(08)
[10]LCL、LLCL和LLCCL滤波器无源阻尼分析[J]. 许德志,汪飞,阮毅. 中国电机工程学报. 2015(18)
博士论文
[1]电流型PWM整流器控制策略及应用技术研究[D]. 郭强.重庆大学 2015
硕士论文
[1]新型三相功率因数校正电路的研究[D]. 江弋横.南昌航空大学 2019
[2]电流源型光伏并网逆变器控制系统关键技术研究[D]. 刘海卫.中国矿业大学 2019
[3]三相电流源并网变换器调制与控制技术研究[D]. 贾晓瑜.燕山大学 2017
[4]模块化充电电源的设计与研究[D]. 于海然.燕山大学 2016
本文编号：3620694
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三相P
第1章绪论-3-响总谐波失真(TotalHarmonicDistortion,THD)和功率因数，因此需要采用谐振抑制方案。为了增加电路反向阻断能力，开关管处串联功率二极管，但增加了系统损耗。此外，传统的电压型整流器采用二值逻辑信号，而电流型整流器需采用三值逻辑信号，要经过逻辑转换环节，因此三相CSR驱动电路的设计变得较为复杂。即使三相CSR电路有上述诸多缺点，但其应用价值仍不能忽略，三相CSR电路的优势如下：(1)根据上文所提到的三相CSR电路输出电压可以从零开始调节，具有降压特性。因此，可以直接接低压负载，也有利于后级变换器的设计。(2)三相CSR电路直流侧接有大电感，不会发生因短路造成的过流问题，桥臂允许直通。与三相VSR电路相比，三相CSR电路具有更高的可靠性。(3)随着超导技术和新器件的更新与发展，三相CSR电路直流侧大电感可以采用超导线圈，减小了系统损耗；采用逆阻型器件便于提升电路功率密度，这些新技术、新器件的出现使三相CSR电路在未来更具有竞争力。1.2三相降压型电路拓扑结构的研究传统的三相功率因数校正电路多采用升压型变换器，其直流母线输出电压等级高，不利于后级变换器设计，因此开展降压型变换器的研究具有重要意义，下面介绍几种降压型电路拓扑。(1)三相单开关整流器图1-2所示为典型三相单开关整流器[5]，该整流器采用二极管不控整流，直流侧接一个开关管构成三相降压型电路，该电路电流谐波含量较大，功率因数低。图1-2三相单开关整流器(2)SWISS变换器在文献[6]中J.W.Kolar提出图1-3所示的SWISS变换器拓扑结构，从图中可以看出该拓扑结构在不控整流桥后的直流侧接有两个工作在高频状态的开关管构成双
燕山大学工学硕士学位论文-4-Buck电路，以实现降压功能。由于SWISS整流器只有两个开关管工作在高频模式，损耗相对较小，中间三组双向开关管工作在二倍的电网频率，构成电网谐波电流补偿网络，用来补偿因不控整流带来的电流死区问题[7]。该电路电压应力集中，便于器件选型。文献[8]采用该拓扑结构并选用SiC功率元器件，制作一台输出功率为8kW，输出电压为400Vdc，功率密度为4kWdm-3(66Win-3)实验样机，效率达到99.3%。目前SWISS拓扑尚存在较大的改进空间，具有深远的研究价值[9-11]。图1-3SWISS变换器(3)三相三开关整流器图1-4所示为一种新型的三相三开关PFC整流器，与三相六开关电流型整流器相比，该电路中开关管数量减少、二极管数量增多，控制相对简单[12]。文献[13]对该拓扑的调制与控制方式进行了研究。文献[14]针对该电路参数进行详细设计，制作了一台输出功率为5kW，输出电压为400Vdc的实验样机，该样机实现了电网电压电流同相位，单位功率因数运行。目前该拓扑应用于多电飞机[15]、有源电力滤波器[16]中。图1-4三相三开关整流器(4)多单元模块并联三相电流型多电平变换器受制于电力电子技术和功率元器件水平的限制，在高压大功率场合，需要多模块电路结构串联或并联来满足输出要求。此外在高压大功率领域，开关频率一般较
【参考文献】：
期刊论文
[1]电流型PWM整流器自适应陷波器有源阻尼控制策略[J]. 钟诚,程婷婷,王建. 电气传动. 2019(12)
[2]大功率电源谐波传导发射抑制方法研究[J]. 戴水红,武红斌,姜春辉. 电力电子技术. 2019(11)
[3]基于αβ坐标系的电流型PWM整流器有源阻尼控制[J]. 李练兵,王玲珑,岳东华,祝亚尊,陈黎. 电测与仪表. 2019(21)
[4]三相Buck整流器级联直流变换器控制策略研究[J]. 刘高,陈强,马红波,陶壮意. 电力电子技术. 2019(09)
[5]电力系统中的谐波检测和抑制技术探讨[J]. 陈浩钢,饶偲. 数字通信世界. 2019(08)
[6]电流源变换器直流链电流纹波抑制策略研究[J]. 郭小强,杨勇,王学惠. 中国电机工程学报. 2018(20)
[7]电力电子技术与谐波抑制、无功功率补偿技术研究综述[J]. 沈学良. 中国新技术新产品. 2017(12)
[8]一种考虑电池自身特性的电流源型充电系统[J]. 郭强,刘和平,彭东林,刘庆. 电工技术学报. 2016(16)
[9]光伏并网三相电流型多电平变流器拓扑与控制[J]. 鲍建宇,鲍卫兵,李玉玲. 电工技术学报. 2016(08)
[10]LCL、LLCL和LLCCL滤波器无源阻尼分析[J]. 许德志,汪飞,阮毅. 中国电机工程学报. 2015(18)
博士论文
[1]电流型PWM整流器控制策略及应用技术研究[D]. 郭强.重庆大学 2015
硕士论文
[1]新型三相功率因数校正电路的研究[D]. 江弋横.南昌航空大学 2019
[2]电流源型光伏并网逆变器控制系统关键技术研究[D]. 刘海卫.中国矿业大学 2019
[3]三相电流源并网变换器调制与控制技术研究[D]. 贾晓瑜.燕山大学 2017
[4]模块化充电电源的设计与研究[D]. 于海然.燕山大学 2016
本文编号：3620694
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