LCL滤波的VIENNA整流器的研究

发布时间：2017-07-20 23:14

  本文关键词：LCL滤波的VIENNA整流器的研究

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【摘要】：随着社会发展的需要,开关电源在各种电气设备中得到了广泛的应用。开关电源是为众多电子设备提供直流电的一种装置,具有功率密度大、效率高等优点,在电源领域中获得广泛的应用。但是开关电源普遍存在着谐波畸变以及功率因数低等问题。因此,如何提高开关电源的功率因数(Power Factor,PF)以及降低电流总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion of Current,THDi)成为影响其发展应用的重要因素,它要求电力电子技术的研究人员对此能够提出有效的解决办法。本文鉴于大功率舰载电源高功率密度、高效率及较高的工作可靠性的要求,首先通过对不同功率拓扑优缺点的分析和比较,了解到VIENNA整流器具有功率因数高、THDi小、开关应力小、开关器件少、可靠性高等优点,最终选定VIENNA整流器作为功率主拓扑。接下来通过对几种整流控制方式的研究比较,了解各种控制策略的优缺点,最终选定空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的控制方式。对VIENNA整流器进行设计,在了解了其工作原理后,在传统VIENNA整流器L滤波的基础上,结合本课题的应用场合及要求,提出了采用LCL滤波的VIENNA整流器,并对其参数进行计算。基于SVPWM的控制策略,分别建立了在abc、αβ和dq三种坐标系下的小信号模型。研究了常规三电平变换器的SVPWM控制策略。由于VIENNA整流器在应用传统三电平SVPWM控制方法时需要进行大量的区间判断以及复杂的三角函数运算,所以本文通过对其整流器电压电流空间矢量关系进行分析,设计了一种简化三电平SVPWM控制的方法,并对该方法进行了分析、研究。针对整流器的输入浪涌电流和在空载或轻载情况下输出电压不可控的问题,设计了一种软启动与负载反馈的方法,有效抑制了浪涌电流,解决了空载情况下输出电压持续升高不稳定的问题。对于中点电压不平衡的问题,分析了各个矢量对中点电压的作用效果,在此基础之上提出了相应的解决办法。最后在MATLAB中搭建系统模型进行仿真分析,对本章设计进行了验证。对VIENNA整流器的控制器进行了设计,采用了前馈解耦及双环控制策略,分别在L滤波与LCL滤波的情况下对PI参数的选取进行了计算,通过仿真对比,证明了LCL滤波的整流器效果更好。最后根据本课题的应用场合和功能要求,给出了整个系统的软硬件设计,应用前文研究内容,基于dsp F28069搭建了一台5k W的实验样机,并对样机进行了调试及实验结果的分析,验证了本次研究的可行性。
【关键词】：VIENNA整流器 LCL滤波器 SVPWM控制 中点电压平衡
【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】：2015
【分类号】：TM461
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 三相PFC拓扑结构的发展10-13
• 1.2.1 三相单开关Boost型PFC11
• 1.2.2 三相六开关Boost型PFC11-12
• 1.2.3 二极管箝位型三电平PFC12-13
• 1.3 VIENNA整流器的控制策略13-14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第2章 VIENNA整流器的设计16-30
• 2.1 引言16
• 2.2 VIENNA整流器的工作原理分析16-18
• 2.2.1 VIENNA整流器拓扑结构16-17
• 2.2.2 VIENNA整流器工作过程17-18
• 2.3 主电路参数设计18-25
• 2.3.1 LCL滤波器的设计18-24
• 2.3.2 直流侧电容的设计24-25
• 2.4 VIENNA整流器的建模分析25-29
• 2.5本章小结29-30
• 第3章 改进的三电平空间矢量调制30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 SVPWM控制30-38
• 3.2.1 常规三电平SVPWM控制30-34
• 3.2.2三电平空间矢量转换到两电平空间矢量34-38
• 3.3输出电压控制38-42
• 3.3.1空载输出电压稳定38-39
• 3.3.2中点电压平衡控制39-42
• 3.4本章小结42-43
• 第4章 L滤波与LCL滤波的整流器控制43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 控制环路的设计43-48
• 4.2.1 电流环的设计43-46
• 4.2.2 电压环的设计46-48
• 4.3 系统仿真结果及分析48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 实验系统设计及实验结果分析53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 硬件电路设计53-55
• 5.2.1 软启动电路53
• 5.2.2 交流电流采样电路53-54
• 5.2.3 交流电压采样及过零检测电路54
• 5.2.4 直流电压采样电路54-55
• 5.3 软件系统设计55-56
• 5.3.1 主程序设计55-56
• 5.3.2 子程序设计56
• 5.4 实验结果及分析56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-65
• 致谢65

【参考文献】

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：570448