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三电平三相单级性功率因数校正电路研究

高奇峰  
【摘要】:AC/DC 变换器是电力电子装置中最为常用的一种变换器,为了减小其对电网的污 染、提高输入功率因数,人们正在广泛使用功率因数校正(PFC)技术。 目前,单相功率因数校正技术已比较成熟,但三相功率因数校正技术仍处于需进 一步研究开发阶段。采用 Boost 电感型的三相 PFC 电路由于具有总谐波失真 THD 较小, 功率因数接近 1 的优点而得到广泛的应用。但其单级性结构使得在中大功率的实际应 用中受到开关电压应力因素的限制。 本文在多电平变换技术、功率因数校正技术以及软开关技术这三个电力电子技术 领域的研究热点之间找到了一个应用的契合点,研究了一种新颖的三电平三相单级性 功率因数校正电路,该电路的优势之处在于其实现输入端三相功率因数校正的同时, 开关器件承受的电压应力为直流母线电压的一半,便于开关器件的选取;而且通过合 理的设计可以实现开关管的零电压(ZVS)开通,降低了开关损耗。 本文首先给出了几种常见的三相功率因数校正方案,分析了单级性功率因数校正 变流器产生高电压应力的内在原因。接着对本文研究的变换器的工作过程和功率因数 校正原理进行了详细分析,同时对输入电流进行了傅立叶分解和谐波分析,并利用 PSPICE 软件仿真验证了该变换器的合理性。然后设计了一台实验装置,介绍了主电路 中一些重要参数和元器件的选取,提出了一种基于 TMS320F240 DSP 芯片的新型移相 数字控制方案。最后给出了实验装置的实验波形和实测数据。 本文通过理论分析、仿真研究和实验验证,证实了这种三电平三相单级性功率因 数校正变换电路的合理性和可行性。变换器的输入功率因数较高,基本在 0.99 左右。


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