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四星整流器AIPR的负载适应范围及拓展方法研究

李和宝  
【摘要】:三相半桥并联整流器广泛应用于电解、电镀和电加热等低压大电流、大功率工业场合,但整流器件的强非线性给电网带来了严重的谐波污染。基于整流器直流侧的有源谐波抑制技术能够大幅降低网侧电流谐波,因此,本文以有源谐波抑制技术为基础,研究了一种基于有源平衡电抗器(Active Inter-phase Reactor,AIPR)的四星整流器,并对其负载适应性以及拓宽负载适应范围的可行性方法进行了研究。本文从四星整流器的工作原理出发,通过对磁性器件的结构分析,建立了整流系统的数学模型,确定了系统交、直流侧的电流和电压特性;推导出了网侧电流与负载电流和直流侧环流之间的表达式;并对平衡电抗器副边的有源辅助电路特性和容量进行了分析;最终得到了网侧电流谐波最小时直流侧环流的类型以及该环流抑制网侧电流谐波的机理。为了验证环流抑制网侧电流谐波的机理,设计并实现了一种单相PWM整流电路作为抑制网侧电流谐波的有源辅助电路。首先,给出了辅助电路的主拓扑结构和工作原理,并对主要器件的参数进行了设计;然后,在此基础上设计了提取特征次谐波能量的控制电路和驱动电路;最后,通过仿真和搭建的输出功率2.65kW的基于AIPR的四星整流器,验证环流对网侧电流谐波的抑制效果。在已搭建的仿真和实物平台基础上,对基于AIPR的四星整流器的两种常见负载(LR和LCR)的适应性进行了具体的研究。分析了不同负载类型的输出电流纹波、环流以及网侧谐波三者之间的关系;根据不同负载的参数变化对负载适应性的影响,确定了这两种负载的适应范围;给出了相应的仿真和实验验证。通过对系统的负载适应性分析可知,PWM整流电路回馈电流的不可控性增大了系统输出电流纹波,而大电感负载在造成系统成本、体积增加的同时也局限了负载的适应范围。因此,为了有效拓宽负载的适应范围,针对系统谐波能量与平抑纹波所需的能量做了具体分析,提出了一种平抑整流系统输出电流纹波的方法,该方法由前级PWM整流电路和后级Buck电路组成。并就变换器的结构和工作原理作以具体说明,最后通过仿真验证纹波平抑和大电感的等效作用。


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