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多脉波整流器直流侧功率因数校正技术研究

骆霁嵘  
【摘要】:随着电力电子技术的发展,大功率整流器在各个领域得到了广泛的应用。但是整流器件的强非线性和时变性给电网带来了严重的谐波污染。多脉波整流技术是解决大功率整流系统谐波污染的主要方法之一。为了进一步提高多脉波整流器的谐波抑制性能,本文将多脉波整流技术与直流侧谐波抑制技术相结合,在常规12脉波整流器的基础上,研究了一种带Boost变换器的12脉波整流器,在有效抑制输入电流谐波的同时提高了系统的功率密度。为减小整流器的体积,提高系统功率密度,研究了星形联结自耦变压器的最优结构。通过定义位置参数和比例参数,描述了星形联结自耦变压器的绕组结构;通过计算位置参数和比例参数间的数量关系,推导了不同绕组结构下的绕组电压和绕组电流;通过建立等效容量与位置参数的关系,从最小等效容量的角度出发,得到了星形联结自耦变压器的最优结构。实验结果表明,结构最优的星形联结自耦变压器的等效容量为仅为21.18%,每个芯柱仅含有3个绕组,具有最简绕组结构。为在直流侧抑制12脉波整流器输入电流谐波,研究了12脉波整流器直流侧谐波抑制机理。利用开关函数法,分析了交流侧与直流侧的电流特性,得到了整流器交流侧输入电流与直流侧电感电流的函数关系,明确了直流侧电感电流的调制方案;计算了采用直流侧调制后系统磁性器件的容量,并与常规12脉波整流器进行了对比。理论分析表明,当电感电流调制为特定正弦包络线时,输入电流为理想正弦波;加入直流侧调制后会改变星形联结自耦变压器的绕组电流,会导致星形自耦变压器的容量增加。为验证直流侧谐波抑制方法对12脉波整流器输入电流谐波的抑制作用,对带Boost变换器的12脉波整流器进行了仿真和实验分析。从输入电流谐波最小的角度出发,设计了驱动电路以及控制电路各模块的硬件电路,同时确定了主电路中器件的参数及选型;利用Matlab/Simulink,搭建了带Boost变换器的12脉波整流器的仿真模型,并研制了一台1.2k W的实验样机。仿真和实验结果表明,该整流器能具有优良的谐波抑制性能,其输入电流谐波总畸变率(THD,Total Harmonic Distortion)为4.6%;同时,该整流具有较高的功率密度,其磁性器件等效容量为28.21%。


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