基于Buck变流器的并联谐振型感应加热装置谐波抑制研究

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并联型谐振感应加热装置的拓扑结构决定了其输入端需要引入较大电感以近似实现恒流源输入,而正是该电感对电流的平滑作用导致了电源电流的畸变,造成了对电网的谐波污染。由于现有关于并联谐振型感应加热的谐波抑制通常采用双电源供电与双整流桥相结合的形式,这使其谐波抑制结构较为复杂。同时,相较于串联谐振型感应加热装置,鲜有关于并联谐振型感应加热装置谐波抑制的研究。因此,本文以实现并联谐振感应加热装置的谐波抑制为目标,从小功率并联谐振感应加热装置着手,针对并联谐振型感应加热装置的谐波抑制展开了研究。本文基于对现有谐波抑制方式的分析,引入带LC滤波的Buck型有源功率因数校正方式设计了并联谐振感应加热装置的谐波抑制系统。针对谐波抑制系统中,并联谐振感应加热装置原有的等效时变负载特性对谐波抑制产生的扰动,提出了等效时变负载扰动消除方案以保证上述谐波抑制系统的稳定运行,并降低谐波抑制难度;针对带LC滤波的Buck型有源功率因数校正系统存在的固有死区问题及其对系统谐波抑制的影响,提出了固有死区消除方案以优化谐波抑制效果,并提高带LC滤波的Buck有源功率因数校正输出电压范围。同时,本文分析了谐波抑制系统在断电容电压模式(DCVM)下的运行特征,基于对开关周期的划分以及对系统内部状态的开关周期平均化描述,建立了能够反映系统原有非线性特性的DCVM模型,并仿真验证了模型的合理性。鉴于上述系统模型的非线性特性,本文引入了无源控制算法,分析了系统的无源性,证明了算法的可行性。而基于对系统状态误差模型的推导以及本文谐波抑制目标,利用反馈无源化方法设计了系统的无源控制律,并研究了该控制律作用下系统内部状态对于期望的收敛性。最后,采用MATLAB中Simulink/SimPowerSystem平台搭建了针对并联谐振型感应加热装置的谐波抑制系统仿真电路。仿真结果表明:系统存在的等效时变负载扰动及固有死区均得以消除,系统较好地实现了谐波抑制,且在提高功率因数的同时实现了Buck功率因数校正的优化。
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