基于VIENNA的三相整流器的研究与实现

发布时间：2020-04-06 06:53

【摘要】：工信部在2017年的中国汽车产业发展国际论坛上披露,正在研究制定停止生产销售传统能源汽车的时间表,世界的主要国家也发布了各自国家的禁售传统能源汽车的时间表,大多都在2025年到2040年之间。为了代替传统能源汽车的市场,大规模发展新能源汽车已成定局,而随着电动汽车行业的勃勃生机,为电动汽车充电的设备,也就是充电桩设备是必不可少的,而充电桩中的充电模块的性能对电网具有很大的影响,所以提高充电模块的性能指标是非常重要的问题。只有高效率、高功率因数、低THD的充电模块才能给电网带来良好的供电环境,解决功率因数的问题,主要是通过改善输入电压与输入电流的相位来改善功率因数,由此业界提出各种功率因数校正的电路。本文所采用的功率因数校正电路为三相VIENNA整流拓扑结构,这是一款三相三电平Boost型中点箝位电路,具有高功率因数、低THD、功率开关数量少、开关管所承受的电压应力小等特点。充电模块主要由前级三相VIENNA整流电路、后级LLC谐振变换电路组成,本文所研究的主要是前级三相VIENNA整流器电路,主要设计主要包括:(1)三相VIENNA整流器拓扑的原理和主要器件的参数选择。首先介绍几种常用的功率因数校正电路,分析功率因数校正电路的发展过程,并分析各电路的优缺点,在此基础上选择三相VIENNA整流拓扑电路作为功率因数校正主电路,并根据参数设计目标对主电路运行过程进行分析,计算得到电路主要器件的参数。(2)系统功率主电路及控制器设计。根据对充电模块主电路的参数分析,选择出相关电路器件,基于三相VIENNA整流器拓扑设计出功率主电路,同时,设计了辅助电源供电,提供3.3V、5V等电压等级电源,确保为各电路芯片稳定供电,采用高精密集成运放设计出采样调理电路,实现对输入与输出电压、电流的准确采样,为系统闭环控制提供硬件基础。通过建立三相VIENNA整流器的三相静止abc坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,SVPWM调制技术研究三相整流器控制策略,设计出系统控制环路。采用TMS320F28032作为主控芯片设计出控制器电路,并对系统主程序、PWM子程序、定时器子程序等程序设计,完成了系统软件设计。(3)仿真实验与结果分析。根据设计电路、器件参数、控制策略,利用Matlab中的Simulink搭建了系统仿真平台,仿真验证了设计的合理性和有效性。然后制作出主电路、辅助电源、保护电路、IGBT驱动电路、采样电路、控制电路等,搭建了系统实验样机,与后级LLC谐振变换器模块进行了联机调试,验证了设计的合理性和有效性。
【图文】：

图 1-6 三相 VIENNA 整流器的工作模式论文各部分内容概括如下:第一章 绪论，本章节主要介绍的是研究本课题的目的与意义，同时分析了题的研究背景与发展前景，介绍了各种功率因数校正电路，熟悉功率因数校正发展与变化，最后则是介绍一下本文主要的研究内容。第二章 本章节主要研究的三相 VIENNA 主电路，着重分析 VIENNA 整流的工作原理以及整个 VIENNA 电路拓扑和运行，然后建立数学模型，这样更便进行控制分析以及进行电路的设计。第三章 本章节主要介绍的是前级 PFC 的电路功率电路的设计，主要介绍本文设计的主电路的双向开关管的工作方式，以及整个原理图的实际考虑，并主电路关键器件的选择做出来解释，分析了原因。第四章 本章节主要介绍的控制系统电路的设计以及软件部分的设计，其控制部分主要介绍整个控制系统的设计，包括最小控制系统，IGBT 部分电路

之前几个章节着重的介绍了三相 VIENNA 的原理以及其工作方式和控制策略，同时对 PFC 部分的电路做出了设计，以及系统的软件也进行设计。为了更有效的分析这些电路以及检测整个系统运行的合理性，所以需要首先进行仿真实验，验证合理性，然后，根据原理图，先绘制出各个模块的单独的原理图进行打板分块调试，验证原理图的合理性。5.1 软件仿真本文的仿真实验的平台是 Matlab[49]里的 Simulink，根据之前选择的三相VIENNA 拓扑结构，以及之前的数学模型以及控制算法在 Simulink 中搭建该拓扑结构并分别在开环和闭环两种情况下仿真得到波形并进行比较，，通过比较分析原理图的合理性。图 5-1 所示为搭建的仿真平台。
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM461

【参考文献】

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本文编号：2616173