基于三相PWM整流的带直流偏置动态电源技术研究

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建设中的高能同步辐射光源(HEPS)其增强器电源的输出电流是带直流偏置的周期性(1Hz)正弦波或梯形波波形。通常,大型高能加速器电源系统的供电普遍采用专用变压器形成独立的供电系统,提高该供电系统的功率因数,对整个加速器供电系统功率因数的提高有重要的意义。因此,带直流偏置的交流磁铁电源的功率因数是该电源的重要考核指标之一。增强器电源在设计时需要采取措施改善和提高网侧功率因数并减小电源产生的谐波电流。
  电压型PWM整流器(VSR)具有电网侧功率因数高、能量双向流动的特点。电流型PWM整流器(CSR)同样可以实现电网侧高功率因数运行,并且直流侧无需储能电容,利用磁铁负载的大电感特性就可以直接实现电流的平稳输出。两种拓扑方案均可在加速器电源上开展应用研究。
  本文以PWM整流器在动态电源上的应用为研究重点,结合高能同步辐射光源增强器电源的特点开展课题研究。首先对国内外增强器电源的设计和使用情况进行了详细的阐述。随后介绍了VSR和CSR的理论基础和控制方法,并分别对两种拓扑结构和控制方式进行了基于Matlab的仿真分析。着重研究分析了CSR的控制策略,重点对仿真环节的各个部分进行了详细的说明。根据理论分析和仿真实验设计,搭建了基于CSR的实验样机,实验样机采用DSP结合FPGA的控制方式,采用C语言编程。最后介绍了实验样机的硬件设计和控制程序的实现方法,并对实验结果进行了分析。
  实验样机的输出电流波形与仿真结果吻合,说明对CSR的理论分析和仿真是正确的。工作在交流模式时,电源输出的电流波形是1Hz的带有直流偏置正弦波,电网侧电压和电流波形实现了同相位,实际功率因数达到了0.98以上,实现了提高功率因数的目的。
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