三相單級高功率因數(shù)軟開關(guān)AC/DC變換器

針對在大功率能量存儲場合適用的非隔離雙向dc-dc變換器一般存在著開關(guān)損耗大、斷續(xù)工作時(shí)寄生振蕩等問題,研究了非隔離雙向dc-dc變換器的基本原理,為了提高系統(tǒng)的功率密度減少系統(tǒng)損耗,半橋變換器的開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通,并工作在電感電流斷續(xù)過零狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。對采用超級電容的雙向變換器進(jìn)行了定量分析,分析并計(jì)算了主電路電感與電容參數(shù)。同時(shí),通過對雙向變換器的控制模型的分析,對超級電容采用恒流充電、恒流恒壓放電的策略,實(shí)現(xiàn)了雙向dc-dc變換器雙向工作的穩(wěn)定。在以上理論分析的基礎(chǔ)上,搭建了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文控制模型分析的正確性。

軟開關(guān)半橋dc/dc變換器的pwm控制 ?　　引言 ? ? ?　　半橋dc/dc變換器結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，非常適用于中小功率場合。 硬開關(guān)變換器高頻時(shí)開關(guān)損耗很大，嚴(yán)重影響其效率。軟開關(guān)技術(shù)可降低開 關(guān)損耗和線路的emi，提高效率和功率密度，提高開關(guān)頻率從而減小變換器 體積和重量。傳統(tǒng)半橋變換器有兩種控制方法，一種是對稱控制，一種是不 對稱互補(bǔ)控制。本文主要分析實(shí)現(xiàn)半橋dc/dc變換器軟開關(guān)的pwm控制策 略。 ? ? ?　　1控制型軟開關(guān)pwm控制策略 ? ? ?　　控制型軟開關(guān)半橋dc/dc變換器不增加主電路元器件(可增加電感電 容元件以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)條件)，通過合理設(shè)計(jì)控制電路來實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。圖1給出 4種控制型軟開關(guān)半橋dc/dc變換器的pwm控制策略。 ? ? ?　　 ? ? ? ? ? ? ? ?　　圖1控制型軟開關(guān)

諧波污染已引起世界各國的高度重視。功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。本文研究了基于單周期控制的三相三開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相三開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,該控制器不需要乘法器,更不需要對電源電壓進(jìn)行檢測,其控制邏輯非常簡單且以恒定頻率工作。完成了7kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.98,且實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

根據(jù)三相單開關(guān)功率因數(shù)校正(pfc)電路的工作原理,實(shí)現(xiàn)了專用時(shí)域仿真程序的編制,待求解的微分方程階次低,仿真速度高。通過與通用仿真程序的對比,證明了專用程序的有效性和高速性。

研究了基于單周期控制的三相六開關(guān)高功率因數(shù)整流器,推導(dǎo)了三相六開關(guān)升壓整流器的控制規(guī)律,設(shè)計(jì)了一種基于單周期控制技術(shù)的pfc控制器,完成了2kw三相高功率因數(shù)整流器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)的功率因數(shù)可達(dá)0.991,實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)校正和低電流畸變。

被研究電路簡單而實(shí)用,工作于固定占空比就能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,不過這種情況下,輸入電流含較多的5、7和11次諧波。往占空比注入6倍次諧波,能顯著減小諧波,但確定各諧波的注入量是個(gè)難點(diǎn)。采用多種算法(含遺傳算法)對諧波注入系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。經(jīng)對比可知:最簡單迅速的方法是一維搜索;各次諧波的注入系數(shù)和輸入電壓幅值有關(guān),只注入6次諧波效果還不夠理想;此外,所給優(yōu)化結(jié)果是這種電路所能達(dá)到的最佳效果。

三相單開關(guān)boost型功率因數(shù)校正器的分析和設(shè)計(jì)較為繁瑣,簡化模型可使電路的分析和設(shè)計(jì)大為簡化,利用簡化模型對功率因數(shù)校正器進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì),仿真和實(shí)驗(yàn)說明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。

針對目前開關(guān)變換器不能在一級同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)、高效率、大功率輸出的缺點(diǎn),提出了一種雙重單級功率因數(shù)校正(pfc)軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。詳細(xì)分析了變換器的各種工作模態(tài),給出了變換器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法以及實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和軟開關(guān)的條件。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了變換器的可行性和正確性。該變換器在諸如風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、大功率分布式電源系統(tǒng)、航空等領(lǐng)域中具有重要應(yīng)用價(jià)值。

針對傳統(tǒng)開關(guān)電源輸入功率因數(shù)低、諧波含量高、開關(guān)損耗大等缺點(diǎn),提出了一款基于三相雙開關(guān)pfc電路的高功率因數(shù)軟開關(guān)電源。本文研究了三相雙開關(guān)pfc電路的六種工作模態(tài),分析了移相全橋zvspwm變換電路實(shí)現(xiàn)諧振軟開關(guān)的原理,提出一種高功率因數(shù)軟開關(guān)電源實(shí)用電路,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證及電路實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)電路能夠有效提高電源的功率因數(shù),且所有開關(guān)管都工作在軟開關(guān)狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)電路具有高功率因數(shù)、低開關(guān)損耗、設(shè)計(jì)簡單、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

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開關(guān)電源dc/dc變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)全集 給出六種基本dc/dc變換器拓?fù)?依次為buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic變換器 半橋變換器也是雙端變換器,以上是兩種拓?fù)洹?半橋開關(guān)管電壓應(yīng)力為輸入電壓.而且由于另外一個(gè)橋臂上的電容,具有抗偏 磁能力,但是對于上面一種拓?fù)?通常還會加隔直電容來提高抗偏磁能力.但是如 果采用峰值電流控制,要注意一個(gè)問題,就是有可能會導(dǎo)致電容安秒不平衡的問 題.要需要其他方法來解決。半橋變換器可以通過不對稱控制來實(shí)現(xiàn)zvs,也就 是兩個(gè)管子交替導(dǎo)通,一個(gè)占空比為d,另外一個(gè)就為1-d.就是所謂的不對稱半 橋,通常采用下面一種拓?fù)?對于不對稱半橋可以采用峰值電流控制。 正激變換器 繞組復(fù)位正激變換器 lcd復(fù)位正激變換器 rcd復(fù)位正激變換器 有源鉗位正激變換器 雙管正激 吸收雙正激 有源

通過對單周雙極性控制三相功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理、控制方法進(jìn)行仿真研究,在單周雙極性控制下輸入電流能較好地跟蹤輸入電壓,驗(yàn)證了采用該控制策略,功率因數(shù)校正系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。分析了單周雙極性控制下,在每個(gè)開關(guān)周期、不同開關(guān)時(shí)段、不同開關(guān)組合情況的電感電壓和電感電流的關(guān)系,經(jīng)過對saber模型仿真結(jié)果的分析,推導(dǎo)出電感電流紋波的數(shù)學(xué)表達(dá)式,得出了電流紋波與電感值、開關(guān)頻率和積分時(shí)間系數(shù)相關(guān)的結(jié)論。同時(shí),系統(tǒng)參數(shù)一定時(shí),當(dāng)輸出電壓大于2倍的相電壓與積分時(shí)間系數(shù)的比值,可以減小電感電流紋波;輸入、輸出電壓一定時(shí),電感電流紋波與電感值和開關(guān)頻率成反比;系統(tǒng)穩(wěn)定性范圍與負(fù)載大小及積分時(shí)間系數(shù)有關(guān)。

針對傳統(tǒng)開關(guān)電源輸入功率因數(shù)低、諧波含量高、開關(guān)損耗大等缺點(diǎn),提出了一種基于單周期控制的高功率因數(shù)軟開關(guān)電源,分析了采用單周期控制進(jìn)行有源功率因數(shù)校正的原理,研究了不對稱半橋電路實(shí)現(xiàn)諧振軟開關(guān)的不同工作模態(tài),并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電源實(shí)驗(yàn)電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用單周期控制可有效提高系統(tǒng)功率因數(shù),減小輸入電流中的諧波含量,且電路設(shè)計(jì)簡單,容易實(shí)現(xiàn)。不對稱半橋電路利用開關(guān)管的寄生電容與功率變壓器的漏感進(jìn)行諧振即可實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān),有效減少了開關(guān)損耗,提高了電源效率。

在需要采用三相整流器的中大功率場合，可控或不可控整流電路產(chǎn)生的低功率因數(shù)高諧波含量電網(wǎng)電流導(dǎo)致了電網(wǎng)電壓畸變，增加了配電系統(tǒng)導(dǎo)體、變壓器損耗和中線諧波電流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有功率因數(shù)校正的三相整流器越來越受到人們的重視。本文的目的就是介紹三相高功率因數(shù)整流器的進(jìn)展

功率因數(shù)校正(pfc)是治理諧波的一種有效方法。設(shè)計(jì)了一種新型高效單相boost高功率因數(shù)整流器,主電路在傳統(tǒng)的boost電路中加入無源無損軟開關(guān)網(wǎng)絡(luò),在不改變電路原有工作原理、模式的情況下降低了du/dt和di/dt,提高了電路效率?？刂齐娐凡捎胕r1150作為主控芯片,簡化了pfc電路的設(shè)計(jì)并縮小了裝置體積。分析了單周期控制的功率因數(shù)校正原理與無源無損網(wǎng)絡(luò)的工作原理,對高功率因數(shù)整流器的主要模塊進(jìn)行了詳細(xì)分析與設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一種新型薄銅帶工藝?yán)@制的帶中心抽頭的三點(diǎn)式電感,有效地減小了高頻集膚效應(yīng),改善了boost變換器的開關(guān)調(diào)制波形并降低了磁件溫升。250w的樣機(jī)試驗(yàn)表明,該高功率因數(shù)整流器設(shè)計(jì)合理、性能可靠,功率因數(shù)可達(dá)0.993,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)管開通時(shí)的零電流開通和關(guān)斷時(shí)的零電壓關(guān)斷。

單級功率因數(shù)校正變流器的研究已經(jīng)得到了比較廣泛的開展,但其在大功率變流器中的實(shí)際應(yīng)用卻受到較高開關(guān)電壓應(yīng)力因素的限制,為此分析了單級功率因數(shù)變流器產(chǎn)生高電壓開關(guān)應(yīng)力的內(nèi)在原因,提出了降低過高電壓應(yīng)力的幾種方案,并進(jìn)行了電路分析和仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及電路分析結(jié)果,串聯(lián)電容充電、并聯(lián)電容放電方案以及變壓器繞組電壓負(fù)反饋方案,在降低開關(guān)管電壓應(yīng)力方面是2種優(yōu)化的解決方案

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)日益得到廣泛應(yīng)用,帶來了三相整流器的功率校f問題。在簡要分析三相單開關(guān)部分有源pfc的基礎(chǔ)上,根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案,在對其工作原理進(jìn)行簡要分析和仿真分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了所提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98。

三相交流電源供電的較大功率變頻空調(diào)的廣泛應(yīng)用,帶來了三相整流器的功率校正問題。根據(jù)三相三線制、三相四線制供電方式的不同,提出了兩種結(jié)合有源pfc技術(shù)和無源pfc技術(shù)的buck型混合三相有源部分pfc方案。在對其工作原理進(jìn)行簡要分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,所得結(jié)果驗(yàn)證了提出的三相部分pfc具有電壓與電流應(yīng)力小、效率高、功率因數(shù)高、直流平均電壓較高的特點(diǎn),各種負(fù)載下交流輸入側(cè)的各次諧波電流均滿足iec61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),中等負(fù)載以上時(shí)輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98,效率高達(dá)0.98。

為了獲得開關(guān)dc-dc變換器的最優(yōu)數(shù)字谷值電流(dvc)控制技術(shù),研究了電感電流連續(xù)模式下dvc控制開關(guān)dc-dc變換器的工作原理,對比分析了采用前緣、后緣、三角前緣和三角后緣4種調(diào)制方式的dvc的占空比算法,并分析了各種算法的穩(wěn)定性.在此基礎(chǔ)上,對dvc控制開關(guān)dc-dc變換器的時(shí)域特性進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)研究,結(jié)果表明,采用后緣調(diào)制的dvc控制開關(guān)dc-dc變換器具有最優(yōu)的負(fù)載瞬態(tài)特性,超調(diào)電壓為62mv,響應(yīng)時(shí)間為1.118ms.

在給出非正弦波電流功率因數(shù)的定義基礎(chǔ)上,提出了一種改善變頻空調(diào)器功率因數(shù)的電路,說明其工作原理,并給出了仿真電流波形和電流諧波頻譜波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明:改進(jìn)后的變頻空調(diào)器在改善功率因數(shù)方面是有效的,并在實(shí)際中獲得了運(yùn)用

提出了一種新穎的三相cuk型高功率因數(shù)校正電路。在電路拓?fù)渲胁捎萌嗳珮蛘鳂蚝蛦喂芄β书_關(guān)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波電流輸入;同時(shí)在中間儲能電容(過渡電容)上串聯(lián)一電感以及在續(xù)流二極管上并聯(lián)一小電容,使得電路工作在復(fù)合諧振狀態(tài),從而獲得零電流開關(guān)。文章分析了電路的工作原理,仿真驗(yàn)證了理論分析結(jié)果,同時(shí)一個(gè)2kw的試驗(yàn)電路驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。該電路具有輸出電壓調(diào)節(jié)范圍寬、功率因數(shù)和效率高等特點(diǎn),具有很好的實(shí)用化前景。

三相單開關(guān)boost型pfc電路,由于工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式,分析起來十分繁瑣,設(shè)計(jì)不得不采用“試湊法”。本文根據(jù)電路的工作原理,利用平均法,把原電路簡化成一個(gè)工作于dcm的dc/dc變換器,使主電路的階次由三降為一,簡化模型可用于主電路參數(shù)設(shè)計(jì),線性化處理之后,可在頻域設(shè)計(jì)輸出電壓調(diào)節(jié)器,因此使該類電路的設(shè)計(jì)擺脫“試湊法”。對比性的仿真說明,簡化模型能夠反映原電路的低頻大信號特性。樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)也說明有關(guān)分析正確