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基于单周期控制的功率因数校正技术的研究

作　者: 孟娜
导　师: 南余荣
学　校: 浙江工业大学
专　业: 系统工程
关键词: 谐波污染功率因数校正电压型整流器单周期控制
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着电力电子技术的发展和电力电子装置越来越多,电网系统中的谐波污染也日趋严重。减小电力电子装置尤其是AC/DC整流器对电网造成的谐波污染,改善电网功能质量,提高系统的功率因数,日益受到国内外学者的密切关注。研究一种简单、动态性能良好、易于稳定工作的功率因数校正的控制方法,成为电力电子领域的热点问题。论文概述了国内外功率因数校正技术的研究现状,列举了几种目前常用的有源功率因数校正技术,在此基础上对单周期控制的单相三相整流器进行了研究。首先以单周期控制的Buck电路为例介绍单周期控制方法,讨论了单周期控制的基本原理、性质、特点以及理论基础。然后将这种控制技术应用到单相桥式、三相全桥整流器上,从理论分析入手推导单周期控制的单相三相电压型PWM整流器的控制规律。为了使整流器输入电流更好地跟踪输入电压的变化,更好地提高功率因数,论文在传统单周期控制的基础上由相电压虚拟一个相电流,将这个虚拟的电流与电感电流之和作为被控对象,通过理论分析得出新的控制方程。论文给出了改进后的单周期控制的单相整流器的大信号和电压小信号模型,为了减少开关损耗,采用最大相不控与单周期控制相结合的的控制策略。最后论文还分别对改进的单相三相控制系统进行仿真分析,并以单相为例设计实验。仿真和实验结果表明单周期控制无需乘法器和输入电压检测装置,电路简单,易于实现,功率因数可达0.99以上,THD在5%以内,三相系统中,三相电流始终保持对称,且相位差为120°轻载时系统稳定运行,当负载突变时具有良好的动态性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题的研究背景  10-11
    1.1.1 电流谐波  11
    1.1.2 电流谐波的危害  11
  1.2 功率因数  11-12
    1.2.1 功率因数的定义  11-12
    1.2.2 功率因数与总谐波畸变（THD ）的关系  12
  1.3 提高 AC/DC电路输入端功率因数的主要方法  12-13
    1.3.1 无源PFC 电路  12-13
    1.3.2 有源PFC（Active Power Factor Correction ，APFC ）电路  13
  1.4 PFC 整流器的经典控制策略  13-14
    1.4.1 DCM 控制模式  14
    1.4.2 CCM 控制模式  14
  1.5 PFC 国内外发展  14-15
  1.6 本文内容及结构组织  15-17
第2章单周期控制技术  17-24
  2.1 开关电源基本控制电路  17-20
    2.1.1 电压型控制的基本原理  17-18
    2.1.2 电流型控制的基本原理  18-20
  2.2 单周期控制  20-21
  2.3 单周期控制理论基础  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章单周期控制的单相桥式整流电路  24-39
  3.1 单周期控制的单相桥式整流电路的工作分析  24-25
  3.2 稳定性分析  25-26
  3.3 改进的单周期单相整流器  26-32
    3.3.1 理论分析  26-28
    3.3.2 大信号模型与分析  28-29
    3.3.3 电压控制环的小信号模型  29-32
  3.4 主电路设计  32-34
    3.4.1 最大输入功率和电流  33
    3.4.2 输出电容参数选择  33
    3.4.3 升压电感的选择  33-34
  3.5 系统仿真  34-37
    3.5.1 仿真控制电路  34
    3.5.2 仿真结果  34-37
    3.5.3 结论  37
  3.6 本章小结  37-39
第4章单周期控制三相整流器的研究  39-58
  4.1 传统单周期控制的电压型PWM 整流器理论分析  39-45
  4.2 改进的单周期控制的三相电压型PWM 整流器  45-48
    4.2.1 引入虚拟电流  45
    4.2.2 分区间的单周期控制  45-48
  4.3 相量模型  48-49
  4.4 整流电路参数设计  49-50
  4.5 仿真电路设计  50-53
    4.5.1 区间选择电路  50-51
    4.5.2 选择要控制的电流  51
    4.5.3 开关的控制信号模型  51-53
  4.6 仿真结果  53-57
  4.7 结论  57
  4.8 本章小结  57-58
第5章实验结果与分析  58-63
  5.1 控制电路设计  58-59
    5.1.1 误差放大器设计  58-59
    5.1.2 积分复位电路  59
  5.2 开关器件的选择  59-60
  5.3 实验结果及分析  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第6 章总结与展望  63-65
  6.1 总结  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
攻读学位期间参加的科研项目和成果  69

基于单周期控制的功率因数校正技术的研究

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