三相六開關(guān)VIENNA整流器功率開關(guān)開路故障診斷

對三相三電平vienna型整流器進(jìn)行物理解耦,進(jìn)而分析單相三電平整流電路分別在連續(xù)和斷續(xù)導(dǎo)通模式下的數(shù)學(xué)模型,針對該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了一種適合用于混合導(dǎo)通模式的前饋控制策略。定參數(shù)電流環(huán)僅適用于一個電流工作模式,出現(xiàn)混合導(dǎo)通模式時,其控制效果很差。而在電流控制環(huán)中引入前饋,將理論上想要的占空比疊加在原電流環(huán)的輸出端,新的控制環(huán)便能適應(yīng)不同電流工作模式,從而大大降低電流總諧波失真度(thdi)。最后通過5kw三相實(shí)驗(yàn)樣機(jī),驗(yàn)證了該控制策略的可行性和有效性,在混合導(dǎo)通模式滿載時的功率因數(shù)(pf)接近于1。

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。

三相pwm整流器功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于如何得到與輸入電壓同相位的輸入電流,同時要保證當(dāng)負(fù)載變化時,輸出電壓能夠迅速地跟蹤參考值并且穩(wěn)定下來。首先根據(jù)六開關(guān)三相boost型整流器的物理模型,分別建立了以電感電流和電容電壓為狀態(tài)向量的數(shù)學(xué)方程,然后把靜止三相坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下進(jìn)行電流內(nèi)環(huán)的滯環(huán)控制,電壓外環(huán)的滑模控制。通過仿真,表明該控制方法具有較強(qiáng)的魯棒性和良好的動態(tài)特性,輸入電流諧波較小。

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傳統(tǒng)pwm整流器直接功率控制(dpc)中,靠近基本電壓矢量的地方,容易出現(xiàn)無功功率失控現(xiàn)象,導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流出現(xiàn)畸變和較大的直流電壓波動。從pwm整流器瞬時功率數(shù)學(xué)模型出發(fā),分析了開關(guān)矢量對瞬時有功功率和無功功率的作用機(jī)理,設(shè)計(jì)了一種基于新扇區(qū)空間劃分方法和新開關(guān)矢量表的pwm整流器dpc策略,該方法具有兼顧有功功率調(diào)節(jié)的快速性、抑制無功波動和降低開關(guān)頻率的功能。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

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

論文題目：基于單周控制的三相viennapfc電路研究與設(shè)計(jì) 專業(yè)：電力電子與電力傳動 碩士生：李偉 指導(dǎo)教師：張剛 (簽名) (簽名) 摘要 由電力電子裝置產(chǎn)生的大量諧波注入公共電網(wǎng)，不僅影響了供電質(zhì)量、增加網(wǎng)損， 而且嚴(yán)重時還可能造成設(shè)備工作異常，甚至損壞。使用功率因數(shù)校正(powerfactor correction，pfc)技術(shù)把諧波污染控制在較小的范圍內(nèi)已是當(dāng)務(wù)之急。三相pfc技術(shù)在 解決電力公害方面起著十分重要的作用，已成為近年來研究的熱點(diǎn)。 本文概述了三相高功率因數(shù)整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀?？偨Y(jié)了目前常用的 三相有源功率因數(shù)校正拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上對單周控制的三相 vienna結(jié)構(gòu)功率因數(shù)校正進(jìn)行了研究。首先對單周控制原理進(jìn)行了研究，討論了單周 控制的基本原理及特點(diǎn)，以單周控制的buc

論文題目：基于單周控制的三相viennapfc電路研究與設(shè)計(jì) 專業(yè)：電力電子與電力傳動 碩士生：李偉 指導(dǎo)教師：張剛 (簽名) (簽名) 摘要 由電力電子裝置產(chǎn)生的大量諧波注入公共電網(wǎng)，不僅影響了供電質(zhì)量、增加網(wǎng)損， 而且嚴(yán)重時還可能造成設(shè)備工作異常，甚至損壞。使用功率因數(shù)校正(powerfactor correction，pfc)技術(shù)把諧波污染控制在較小的范圍內(nèi)已是當(dāng)務(wù)之急。三相pfc技術(shù)在 解決電力公害方面起著十分重要的作用，已成為近年來研究的熱點(diǎn)。 本文概述了三相高功率因數(shù)整流器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀?？偨Y(jié)了目前常用的 三相有源功率因數(shù)校正拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的種類及優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上對單周控制的三相 vienna結(jié)構(gòu)功率因數(shù)校正進(jìn)行了研究。首先對單周控制原理進(jìn)行了研究，討論了單周 控制的基本原理及特點(diǎn)，以單周控制的buc

以三電平電壓型pwm整流器的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),結(jié)合瞬時無功理論,推導(dǎo)了瞬時功率和三電平整流橋開關(guān)矢量之間的關(guān)系,提出了一種固定開關(guān)頻率的三電平pwm整流器的直接功率控制方法。該方法基于空間電壓矢量調(diào)制,實(shí)現(xiàn)了動態(tài)過程中有功功率和無功功率的解耦控制。相對于傳統(tǒng)的開關(guān)表bang-bang控制方式的直接功率控制,該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)對有功功率和無功功率的直接控制,而且能保證固定的開關(guān)頻率,簡化了濾波器的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制策略實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)控制,電流諧波小,具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

采用一種基于粒子群優(yōu)化算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的混合算法應(yīng)用于電力電子整流電路的故障診斷。文中首先論述了粒子群優(yōu)化算法以及實(shí)現(xiàn)粒子群和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混合算法的操作步驟,然后將這種診斷方法應(yīng)用于電力電子整流電路的故障診斷。仿真診斷結(jié)果表明,這種混合診斷方法可用于電力電子三相整流電路的故障診斷。它具有較快的收斂速度和較高的診斷精度,它具有工程的應(yīng)用價值。

通過分析三相脈寬調(diào)制(pwm)整流器在d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)了具有前饋解耦控制的pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)對電流內(nèi)環(huán)的控制要求設(shè)計(jì)電流比例積分(pi)調(diào)節(jié)器,提出按閉環(huán)幅頻特性峰值(mr)最小準(zhǔn)則來確定調(diào)節(jié)器參數(shù)的方法;根據(jù)系統(tǒng)對電壓外環(huán)的控制要求,采用模最佳整定法來設(shè)計(jì)電壓pi調(diào)節(jié)器。最后對整個pwm整流器雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果驗(yàn)證了pi調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的正確性。

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓?fù)洹Ｅc常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流。針對此問題。討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法。在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波。

六開關(guān)三相四線pwm整流器拓?fù)涫沁m合于中大功率高頻ups裝置的前級整流器拓?fù)?與常規(guī)的六開關(guān)三相三線整流器相比,三相四線整流器輸出正負(fù)直流母線,并且輸入側(cè)存在零序電流通路,如果沿用三相三線整流器的控制方法,必然會引起很大的中線電流.針對此問題.討論了三相四線pwm整流器輸出為正負(fù)直流母線電壓均衡控制和中線電流控制問題,建立了三相四線整流器數(shù)學(xué)模型,分析了中線電流產(chǎn)生的機(jī)理以及抑制的方法,設(shè)計(jì)了基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相四線整流器的控制算法.在功率40kw的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上驗(yàn)證了控制方法的有效性,保證了輸出正負(fù)母線電壓的平衡及較小的輸入電流諧波.

通過功率變換器的數(shù)學(xué)模型,分析了現(xiàn)行直接功率控制(dpc)系統(tǒng)的原理。傳統(tǒng)dpc系統(tǒng)功率內(nèi)環(huán)采用一個開關(guān)表同時控制瞬時有功功率和無功功率,開關(guān)表的設(shè)計(jì)決定了系統(tǒng)的動、靜態(tài)性能,為了滿足不同的控制要求,文章詳細(xì)分析了開關(guān)表的設(shè)計(jì)方法,通過對傳統(tǒng)開關(guān)表的改進(jìn),克服了傳統(tǒng)開關(guān)表的缺點(diǎn),獲得了良好的功率控制效果。仿真結(jié)果驗(yàn)證了新開關(guān)表設(shè)計(jì)方法的有效性。

針對一種三相混合開關(guān)pwm電流型整流器電路拓?fù)溥M(jìn)行改進(jìn),并提出一種優(yōu)化的空間矢量控制方法。該混合開關(guān)整流器在大功率領(lǐng)域具有顯著的電流特性和成本優(yōu)勢,并能有效地降低對電網(wǎng)造成的諧波污染。使用優(yōu)化的電流型空間矢量進(jìn)一步提高該混合開關(guān)電流型整流器的工作頻率,減小了系統(tǒng)濾波元器件的成本和體積。電路仿真以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證該改進(jìn)的混合開關(guān)整流器使用優(yōu)化的空間矢量控制可實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)運(yùn)行,并有很好的諧波抑制效果。

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)管開通時的零電流開通和關(guān)斷時的零電壓關(guān)斷。

為了提高中壓大功率pwm整流器出力,需要降低pwm開關(guān)頻率,但將造成pwm整流器id、iq電流分量耦合嚴(yán)重的現(xiàn)象。為解決這一問題,在對兩電平pwm整流器進(jìn)行復(fù)矢量信號建模的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)新穎的基于復(fù)矢量的電流調(diào)節(jié)器,該調(diào)節(jié)器能在低開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)電流d、q分量的有效解耦。matlab仿真及dsp實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)方法的可行性。

考慮到滿足功率等級以及諧波電流限制等因素,較大功率家用和輕型商業(yè)變頻空調(diào)的前級功率電路逐漸開始采用三相可控整流器。在分析一種由兩只三電平單相整流器構(gòu)成的三相三電平整流器工作原理的基礎(chǔ)上,將其應(yīng)用到變頻空調(diào)的整流器設(shè)計(jì)中,采用傳統(tǒng)單相pfc的電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制和錯相控制進(jìn)行了理論分析和仿真分析,所得結(jié)果驗(yàn)證了三相三電平整流器的具有設(shè)計(jì)容易、單位輸入功率因數(shù)等優(yōu)點(diǎn),沒有電感均流和輸出均壓問題。

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)載以上時輸入功率因數(shù)高達(dá)0.98,效率高達(dá)0.98。

采用偽相移式全橋零電壓零電流(pps-fb-zvzcs)變換器完成三相功率因數(shù)校正(pfc)和輸出電壓調(diào)節(jié)雙重功能,并能有效抑制直流母線電壓。本文對其進(jìn)行了理論分析、關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,其最大輸出功率為10kw,功率因數(shù)達(dá)到0.99,輕載時直流母線電壓小于800v。

為了提高電流型pwm整流器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和系統(tǒng)抗干擾能力,提出了采用互聯(lián)和阻尼分配無源控制方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制器的新型控制策略。根據(jù)能量成型和端口受控哈密頓控制原理,建立了電流型pwm整流器的端口受控耗散哈密頓（pchd）模型,根據(jù)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo),求取了期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)。通過配置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼容的能量函數(shù),在期望穩(wěn)定平衡點(diǎn)處設(shè)計(jì)了鎮(zhèn)定的控制器,實(shí)現(xiàn)了電流型pwm整流器單位功率因數(shù)運(yùn)行、直流電流快速達(dá)到期望值并穩(wěn)定運(yùn)行于平衡點(diǎn)的控制目標(biāo),仿真結(jié)果證明了該方案的可行性。