组合式三相单级桥式PFC变换器关键技术研究

发布时间：2020-04-07 10:04

【摘要】：组合式三相单级桥式PFC变换器即由三个传统单相单级桥式PFC变换器组合连接所得到一种变换器,该变换器在三相用电领域具有诸多优点,适合日益兴起的三相中大功率应用。但目前,此类拓扑结构在实际应用中还有诸多问题亟待解决,例如:单相桥式PFC模块的变压器原边存在电压问题、组合式三相单级桥式PFC变换器的模块功率平衡问题以及电网不平衡条件下的输出电压纹波问题等。本文将针对以上几方面问题进行详细的研究。首先,为了提高单相桥式PFC模块的可靠性,对其运行过程中存在的变压器原边电压尖峰问题进行了研究。在阐明单相桥式PFC模块的拓扑结构及工作原理的基础上,建立了变换器换流期间的等效模型,研究了变压器原边电压尖峰的产生原因,并验证了有源钳位电路对于变压器原边电压尖峰的抑制作用。针对电感电流零穿越期间钳位开关管出现过流的问题,提出了带限流环节的改进式有源钳位环节。该方案有效抑制了过流现象,大大提高了单相桥式PFC模块的可靠性。在解决了单相桥式PFC模块可靠性问题的基础上,将三个单相桥式PFC模块以三角形连接接入电网,负载端进行并联,构成组合式三相单级桥式PFC变换器。针对三相电网不平衡,提出了一种基于电压前馈环节的功率平衡控制策略。推导了输出电压中的纹波成分,以及变换器参数及电网条件对纹波含量的影响。此外,提出了一种分段式数字滤波器,避免输出电压纹波导致输入电流THD增加。为了从根本上抑制组合式三相单级桥式PFC变换器的输出电压纹波、改善直流输出电压质量,提出了一种基于双向变换器的纹波吸收方法。针对该电压纹波以二倍工频为主的特点,设计了相应的纹波检测以及纹波抑制控制策略,并给出了纹波吸收环节中主要元器件的设计方法。最后,分别搭建了单相桥式PFC模块及组合式三相单级桥式PFC变换器的实验平台,验证了本文的所有理论分析。
【图文】：

单级桥,钳位,变换器,环节

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文桥式 PFC 变压器原边电压尖峰抑制研究现状功率应用场合中，单相单级桥式 PFC 变压器磁芯双向励磁利应力较小，是该应用场合理想的拓扑结构。然而，由于变压避免地存在漏感，因而在变换器换流瞬间会在变压器原边产尖峰。若不加以处理，电压尖峰的存在将会极大的增加开关重威胁变换器的正常工作，影响变换器的可靠性及寿命。为相单级桥式 PFC 变换器实际应用的主要问题，国内外学者也，提出了各种解决方案。17]中介绍了一种带 RCD 环节的有损电压尖峰钳位方案。该方量经二极管 Dc流入电容 Cc，以达到钳位电压尖峰的目的。环节的基础上，该方案将钳位电阻接至升压电感之前，钳位 Rc释放的能量可以再次参与到变换器的能量流动之中，而不 Rc上。通过这种改进，该方法实现了 RCD 箝位环节损耗的

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图 1-3 基于无源钳位环节的桥式 PFC 变换器在该方案中电感 L1、L2较传统的单电感式桥式 PFC 变换器明显减小，在中大功率场合将大大增加装置的体积和重量理要求电容 C1、C2的值及电感 L1、L2的值严格相等，而其参数设计及器件选型都带来了较大的困难。0]提出了一种双开关式的有源钳位电路。在变换器换流期以有效地吸收变压器原边电压尖峰。此外，由钳位电感、环节，还能实现变换器中各开关管的软开关功能。但该拓多，且谐振环节的参数设计较为复杂，故没有得到广泛应1,22]提出了一种如图 1-4 所示，，由钳位开关管 Sc、钳位电环节。当变换器由直通状态切换为对臂导通状态，箝位电原边电压尖峰进行钳位。随后电容释放能量，并通过变压证了钳位电容储能的稳定并实现了无损吸收。该方案只需件，且控制方法简单，不影响主电路的参数设计和器件选的电压尖峰钳位方案。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM46

【参考文献】