基于航电单相大功率PFC技术研究

发布时间：2017-11-01 01:21

  本文关键词：基于航电单相大功率PFC技术研究

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【摘要】：功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术可以很好的提高功率因数,减小整流电路中非正弦电流谐波对电网的污染,明显降低谐波失真度。其中升压型有源PFC技术以其总谐波含量少、宽范围宽频带下工作、输出电压稳定等优点成为PFC技术的主流。但在中频航空电网(115V/400Hz)的输入条件下APFC变换器存在输入电流过零畸变的现象,电流谐波增大,因而难以满足航空电网的RTCA DO-160D电流谐波标准,成为制约PFC技术在航空电网下发展的屏障。本文的研究工作就是解决中频输入条件下严重的电流过零畸变问题。本文的研究载体是基于平均电流控制的CCM模式下的单相Boost PFC变换器,首先对该变换器进行建模,给出了变换器主电路以及控制电路的数学模型,并推导出输入导纳函数,计算出输入电流相位超前角度,从而具体分析了输入电流过零畸变现象的产生过程,指出输入电流与输入电压间相位差、变换器工作在DCM下的时间以及变换器电感感量大小这三者是导致过零畸变的主要原因。针对这三种原因归纳并提出了相应的解决办法:提高电流环截止频率(相应提高开关频率)和减小电感感量,并通过仿真给予了验证。本文引入交错并联技术,将其作为Boost PFC变换器的主电路拓扑来改善过零畸变。分析了两相交错并联变换器的特点,重点论证其与传统Boost PFC变换器作比较,能减小电感感量、提高等效开关频率这两方面的优势,从理论上分析了其能有效改善过零畸变,并给出了仿真验证。并推广到多相交错并联,为解决航电系统的中高频变频(360Hz~800Hz)输入条件下PFC变换器过零畸变提供一种思路。以UCC28070为控制芯片设计了一台1000W两相交错并联Boost PFC变换器实验样机,详细阐述了其主电路和控制电路的参数设计过程,并加入输入浪涌电流抑制电路。实验样机与另一台传统Boost PFC样机进行比较,结果表明交错并联Boost PFC变换器能有效改善过零畸变,从而减小电流谐波,满足了电流谐波标准,验证了该方法的有效性。设计的浪涌电流抑制电路工作效果明显,将浪涌电流最大值抑制为原来的1/4。
【关键词】：功率因数校正 航空电网 输入电流过零畸变 相位差 电感大小 交错并联技术
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V242
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 功率因数校正技术的发展现状13-16
• 1.2 航空电网中的过零畸变现象16-17
• 1.3 现有的解决方案17-20
• 1.3.1 LPAC控制法17-18
• 1.3.2 初相角修正法18-19
• 1.3.3 无桥PFC拓扑19-20
• 1.3.4 三电平Boost PFC拓扑20
• 1.4 本文的研究意义与主要内容20-22
• 1.4.1 本文的研究意义20-21
• 1.4.2 本文的研究内容21-22
• 第二章 PFC变换器输入电流过零畸变的分析22-38
• 2.1 BOOST PFC变换器模型22-28
• 2.1.1 主电路功率级模型23-24
• 2.1.2 控制电路模型24-27
• 2.1.3 Boost PFC变换器系统模型27-28
• 2.2 输入电流过零畸变原因分析28-33
• 2.2.1 电流相位超前引起的过零畸变29-30
• 2.2.2 断续模式引起的过零畸变30-32
• 2.2.3 尖端畸变引起的过零畸变32-33
• 2.3 解决思路33-34
• 2.3.1 减小θ33-34
• 2.3.2 减小α34
• 2.4 仿真验证与分析34-37
• 2.4.1 α对输入电流的影响34-36
• 2.4.2 θ对输入电流的影响36
• 2.4.3 同时减小α和θ36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 交错并联技术对过零畸变的改善38-58
• 3.1 交错并联技术的引入38
• 3.2 两相交错并联BOOST PFC变换器38-49
• 3.2.1 电路拓扑及工作原理38-42
• 3.2.2 变换器的优点42-48
• 3.2.3 控制方式48-49
• 3.3 两相交错并联技术对过零畸变的影响49-53
• 3.3.1 对α的影响50
• 3.3.2 对θ 的影响50-53
• 3.3.3 仿真波形53
• 3.4 推广至多相交错并联53-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第四章 两相交错并联BOOST PFC变换器的实验验证58-81
• 4.1 引言58-59
• 4.2 主电路参数设计59-65
• 4.2.1 输入整流桥选择59
• 4.2.2 电感设计计算59-63
• 4.2.3 输出电容设计63-64
• 4.2.4 功率开关管选择64-65
• 4.2.5 功率二极管选择65
• 4.3 控制电路的设计65-72
• 4.3.1 电压采样网络的设计66
• 4.3.2 电流采样电路66-67
• 4.3.3 电流合成功能67-68
• 4.3.4 电压环设计68-70
• 4.3.5 电流环设计70-72
• 4.3.6 驱动电路的设计72
• 4.4 输入浪涌电流抑制电路的设计72-73
• 4.5 实验验证73-80
• 4.5.1 两相交错并联Boost PFC变换器基本波形75-76
• 4.5.2 对输入电流过零畸变的改善76-78
• 4.5.3 浪涌电流抑制的效果对比78-79
• 4.5.4 效率曲线、损耗计算分析79-80
• 4.6 本章小结80-81
• 第五章 总结与展望81-82
• 5.1 本文完成的主要工作81
• 5.2 下一步工作展望81-82
• 参考文献82-85
• 附录85-86
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果86-87
• 致谢87-88

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本文编号：1124621