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软开关三相PWM变流技术研究

屈克庆  
【摘要】:电力电子整流装置的广泛深入应用,特别是朝着高频化和大功率化发展,引起了谐波污染、无功功率损耗、电磁干扰等很多负面效应。对传统的二极管或晶闸管整流装置进行改造显得很有必要。与设置谐波补偿装置和无功补偿装置集中解决谐波污染和无功功率损耗问题相比,软开关PWM变流技术更适合于实现各分散用户的电网治理(包括谐波污染、无功功率补偿、电磁干扰),在新能源开发和利用上也很有应用前景,是一种较为积极的节能降耗技术。软开关PWM变流技术是近年来电力电子技术与电力传动领域颇受关注的热点之一。 有关软开关PWM变流技术的研究主要集中在主电路拓扑结构、数学建模、系统性能、控制策略等方面。本文主要对软开关PWM变流技术进行研究,探索新型软开关变流器及其控制策略。 在总结三相PWM变流器拓扑结构及其控制策略的基础上,提出了一种新颖的三相直流环节谐振PWM变流器拓扑,深入分析了该拓扑结构的工作机理,建立起相应的数学模型,确立了各工作模式、等效电路、谐振的工作条件。 提出了一种实现单位功率因数的相量调节方式,并将其应用在功率因数可调的变流控制上。通过建立系统低频数学模型,分别在顺变和逆变状态下,探讨系统实现单位功率因数、从电网吸收或回馈容性、感性无功功率的动态调节过程。分析了控制角α、受控的功率因数角φ、最大负载能力、最大回馈电网电能与调制深度M、负载、电感量之间的关系,研究了变流器的工作区间。 为提高系统的动态响应性能,提出了一种适合于三相PWM整流的电流前馈控制方法,对这种电流前馈控制方式进行了原理分析和数学推导。探讨了系统的传输功率和稳定性问题,给出了传输功率与控制角α、调制深度M的关系,分析了系统稳定性问题中的功率因数角φ与控制角α的关系、控制角α的临界值、以及直流母线电压E_d与控制角α、调制深度M的关系。 在具体实现软开关三相PWM变流调制方法上,提出了采用正负斜率交替的锯齿载波的PWM调制方法,与采用传统的三角载波相比较,说明了该方式的优点。由于需要根据电流极性来选择锯齿载波,并且在电流极性翻转处会引起某种电流失真,提出了一种无传感器电流极性检测与电流补偿方法。分析了直流环环谐振三相高功率因数PWM变频系统的工作原理和控制方案。 理论仿真和实验研究表明:本变流器系统电流谐波含量小、正弦度好、能实现单位功率因数或功率因数可调的运行、能量双向流动、输出直流电压可调、动态性能好,能抑制电磁干扰。本成果已成功应用于台达科教发展基金项目“高功


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