论文部分内容阅读
谐波和功率因数是主要的电能质量问题,其治理方法是电力电子领域一个重要的研究热点,PWM整流器作为功率因数校正方法之一,克服了传统整流器能量单向流动、低功率因数、高谐波含量以及可控性差等缺点,已逐渐应用于国民经济中各个部门。PWM整流器按输出源特性可分为电压型与电流型PWM整流器两类,相对于电压型PWM整流器,电流型PWM整流器发展较晚,但近年随着器件、调制及控制的发展,具有内在电流限制能力的电流型PWM整流器应用范围越来越广,主要应用在电机驱动、超导储能、脉冲电源、感应加热以及新能源发电等场合。顺应发展趋势,本文针对三相电流型PWM整流器及其控制等进行研究。本文首先针对三相电流型PWM整流器的电路拓扑本质进行分析,得出电压型PWM整流器与电流型PWM整流器电路本质的衍生过程,而且还从控制目标的角度分析了电流型PWM整流器的工作原理,并建立了基于dq坐标系下的数学模型,在数学模型的基础上对三相电流型PWM整流器进行静态特性分析,总结出其内在运行规律。此外还着重对信号发生技术与器件应力进行探索分析,得出信号发生技术的设计方法、电流型PWM整流器的缓冲电路设计依据以及功率半导体器件的损耗分布情况等结论。本文还重点对三相电流型PWM整流器的功率因数运行能力以及有源阻尼控制进行研究与仿真分析。功率因数运行能力不仅与负载类型及大小、调制比、负载电流与LC滤波器参数有关,而且还与控制方法密切相关,通过MATLAB仿真得出四种控制方法功率因数运行能力的优劣顺序。对于有源阻尼控制的研究是在总结所有无源阻尼方案的阻尼特性与滤波特性基础上发展的,提出了共计16种基于虚拟阻抗的有源阻尼控制策略,并且分析总结了各方法的特点及其之间的一般性,通过仿真验证了所述有源阻尼控制策略的有效性,且从仿真结果中总结出基于不同无源阻尼方案、不同反馈电量、不同阻尼电阻大小与功率因数运行能力之间的规律。本文最后设计了3kW三相电流型PWM整流器的硬件与软件系统,并提出一种实现叠流时间的新方法,能获取更高的叠流时间精度。在实验系统的基础上,进行了三相电流型PWM整流器的开环实验、闭环稳态实验以及动态实验,总结出闭环实验的稳态结果,实验结果验证了理论分析的正确性。