控制无源无损软开关高功率因数整流器

谐波污染已引起世界各国的高度重视。功率因数校正(pfc)是治理谐波的一种有效方法。本文研究了基于单周期控制的三相三开关高功率因数整流器,推导了三相三开关升压整流器的控制规律,设计了一种基于单周期控制技术的pfc控制器,该控制器不需要乘法器,更不需要对电源电压进行检测,其控制逻辑非常简单且以恒定频率工作。完成了7kw三相高功率因数整流器的设计与实验研究,进行了稳态与动态响应试验,试验结果表明系统的功率因数可达0.98,且实现了单位功率因数校正和低电流畸变。

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针对传统开关电源输入功率因数低、谐波含量高、开关损耗大等缺点,提出了一种基于单周期控制的高功率因数软开关电源,分析了采用单周期控制进行有源功率因数校正的原理,研究了不对称半桥电路实现谐振软开关的不同工作模态,并设计实现了电源实验电路。实验结果表明,采用单周期控制可有效提高系统功率因数,减小输入电流中的谐波含量,且电路设计简单,容易实现。不对称半桥电路利用开关管的寄生电容与功率变压器的漏感进行谐振即可实现零电压开关,有效减少了开关损耗,提高了电源效率。

研究了一种高功率因数的双开关升压整流器的单周期控制方法。在该整流器中,二极管整流电路和功率因数校正环节结合在一起,减少了导通损耗,具有效率高,结构简单等特点。但是由于升压电感在交流侧,电流和电压检测不是很方便。为此,引进单周期控制技术,它不需要检测交流输入电压,而且对输入电流的检测也相对简单。同时单周期控制电路具有简单可靠、响应快、成本低、易于实现等特点。文中较为详细地分析了单周期控制双开关升压整流器的工作原理和实现方式,最后在pspice中进行了仿真验证。

在需要采用三相整流器的中大功率场合，可控或不可控整流电路产生的低功率因数高谐波含量电网电流导致了电网电压畸变，增加了配电系统导体、变压器损耗和中线谐波电流。随着电力电子技术的发展，有功率因数校正的三相整流器越来越受到人们的重视。本文的目的就是介绍三相高功率因数整流器的进展

本文提出了一种通过调节pwm整流器功率因数,来抑制交流传动的列车处于再生制动时因受电弓处电压过高而导致再生失效的方法。分析了列车再生制动时,为了抑制受电弓电压升高,所需的pwm整流器功率因数角调节的范围,给出了在pwm整流器的预测电流控制的基础上改进策略并实现其功率因数调节的方案。在考虑无功传输导致的线路功率损耗的情况下,计算了抑制受电弓电压上升所需要的pwm整流器功率因数角调节的大小,并通过仿真验证了方案的可行性。

采用伪相移式全桥零电压零电流(pps-fb-zvzcs)变换器完成三相功率因数校正(pfc)和输出电压调节双重功能,并能有效抑制直流母线电压。本文对其进行了理论分析、关键参数计算、计算机仿真和实验室样机实验验证。实验表明,其最大输出功率为10kw,功率因数达到0.99,轻载时直流母线电压小于800v。

城市轨道交通牵引供电系统整流器机组功率因数分析

针对传统开关电源输入功率因数低、谐波含量高、开关损耗大等缺点,提出了一款基于三相双开关pfc电路的高功率因数软开关电源。本文研究了三相双开关pfc电路的六种工作模态,分析了移相全桥zvspwm变换电路实现谐振软开关的原理,提出一种高功率因数软开关电源实用电路,并进行了仿真验证及电路实现。实验结果表明,实验电路能够有效提高电源的功率因数,且所有开关管都工作在软开关状态。实验电路具有高功率因数、低开关损耗、设计简单、容易实现等优点。

介绍了一种电路结构简单的三电平三相高功率因数软开关ac/dc变换技术,可在实现功率因数校正的同时,实现ac/dc功率变换,直接获得较低直流输出电压,并解决了交流侧与直流侧之间的电气隔离及功率管的高耐压和软开关问题。在介绍主电路拓扑结构基础上,分析了功率因数校正原理和电流断续条件,并给出软开关实现条件。通过计算机仿真验证了这种功率变换技术的可行性。

变压器的设计是开关电源中关键的步骤。对带有高功率因数(pf)反激式开关电源的变压器原理进行了论述,在探讨变压器的设计原理基础上,提出一种良好的设计方法,并通过实验证明了设计原理。所设计的变压器具有效率高、电磁干扰低、漏感低、温升低的特点。

直接功率控制(dpc)动态响应比电压定向控制(voc)要快,提出了一种无交流电压传感器的三相电压型pwm整流器基于虚拟电网磁链的直接功率控制策略。由于通过估计虚拟磁链来计算功率,因此可省略网侧电压传感器,该控制结构为直流输出电压外环,功率控制内环节。仿真结果表明,系统可达到单位功率因数,电流畸变小,具有良好的动静态性能,方案切实可行。

通过功率变换器的数学模型,分析了现行直接功率控制(dpc)系统的原理。传统dpc系统功率内环采用一个开关表同时控制瞬时有功功率和无功功率,开关表的设计决定了系统的动、静态性能,为了满足不同的控制要求,文章详细分析了开关表的设计方法,通过对传统开关表的改进,克服了传统开关表的缺点,获得了良好的功率控制效果。仿真结果验证了新开关表设计方法的有效性。

以三电平电压型pwm整流器的数学模型为基础,结合瞬时无功理论,推导了瞬时功率和三电平整流桥开关矢量之间的关系,提出了一种固定开关频率的三电平pwm整流器的直接功率控制方法。该方法基于空间电压矢量调制,实现了动态过程中有功功率和无功功率的解耦控制。相对于传统的开关表bang-bang控制方式的直接功率控制,该方法不仅能够实现系统对有功功率和无功功率的直接控制,而且能保证固定的开关频率,简化了滤波器的设计。实验结果表明该控制策略实现了单位功率因数控制,电流谐波小,具有良好的动态和稳态性能。

分析了vienna整流器在桥臂各个功率器件出现开路故障时所呈现的故障特征,指出了各桥臂续流二极管的开路故障对整流器的危害最大。进一步提出了利用三相输入电流直流分量以及输出电压交流纹波作为功率器件开路故障诊断的故障特征值。构建了基于人工神经网络的功率开关开路故障分类系统,并将所提取的故障特征值作为输入训练样本对其进行训练,最后通过matlab软件中m语言编程完成对故障分类系统的训练和测试。训练和测试的结果表明,训练后的神经网络故障分类系统可很好地对vienna整流器除续流二极管外的功率器件开路故障进行定位。

pwm整流器是一种高功率因数、低噪音静止变流器。采用类似于交流电机磁链观测的方法构造出虚拟的电网磁链矢量,作为pwm整流器矢量控制中的定向矢量,可以达到取消交流侧电网电压传感器、降低pwm整流器硬件成本的目的。提出了准确观测虚拟电网磁链的方法,解决了pwm整流器无电压传感器运行的关键问题。

对于绝大多数的电力企业,用户功率因数直接与电力网中的电能消耗和功率大小相关,进而影响供电线路的电压波动、电压损失,而且与电能利用率和整片供电区域的供电质量好坏相联系。如何有效提高低压配电网的功率因数,已成为电力企业的重要议题。以大三暑假在杭州临平供电所实习的内容为载体,结合电气工程及其自动化专业知识,查阅相关文献资料,通过简介电网功率因数的主要相关因素以及低压无功补偿常见的几种方法,再总结无功补偿容量的确定方法和改善电力系统功率因数的一般途径。

软开关技术可以抑制功率因数校正(pfc)电路中功率管开通时的电流上升率di/dt,同时降低关断时的电压上升率du/dt,使整个电路的效率得到提高。介绍了一种无损软开关升压(boost)功率因数校正变换器,详细分析了电路的工作原理,并以此设计出一台开关频率为100khz,功率300w的样机,并给出实验波形。实验结果表明,加入辅助电路结构可以实现软开关,有效地改善开关管的工作波形。

三相电压型pwm整流器在应用中需要更加优良的动、静态性能。针对整流器的非线性强耦合特点,提出了一种滑模变结构无源控制算法。算法中电压外环采用滑模变结构控制,电流内环采用无源控制。滑模控制中以整流器输出直流电压误差为状态变量构造指数衰减律切换面。无源控制中采用状态误差构造能量存储函数并以误差存储函数为lyapunov函数,通过注入阻尼使系统快速收敛到期望稳定平衡点。根据误差存储函数的收敛条件设计了整流器的无源控制器,实现了各变量的解耦控制。用pscad/emtdc软件进行仿真分析。与双闭环pi控制对比,仿真结果表明该控制策略具有良好的动、静态性能和鲁棒性。

建立了三相四线电压型pwm整流器在两相同步旋转dq0坐标系下的el(euler-lagrange,el)数学模型。根据控制目标,基于pwm整流器的el模型,结合pi控制器设计了混合无源控制器。为实现误差能量函数快速收敛到期望平衡点,采用了阻尼注入方法设计了无源控制器;进而确定出dq0坐标系下所需的开关函数。由于无源控制器是在保证pwm整流器稳定的前提下,由阻尼注入和pi控制器参数的大小调节pwm整流器的动态和静态性能,具有易于调试和工程实现的特点。电网平衡和不平衡情况下仿真表明了三相四线电压型pwm整流器混合无源控制器应用的可行性。

在石油、石化等大型企业供电电力系统中感性负荷居多，它们增加了系统中的无功吸收，减少了系统容量的有效利用，我们可以利用电容器组来补偿系统的无功吸收，提高功率因数，合理利用系统设备容量。

将boost升压型pfc变换器和有源箝位正激式dc/dc变换器结合在一起,共用一个开关管和控制电路,提出了一种新型有源箝位软开关高功率因数充电电路,分析了该电路工作原理和主要参数设计。实验样机测试结果表明:该变换器能够实现主开关管、辅开关管的零电压导通,额定条件下功率因数达到0.98以上,效率达到91%以上,实现高输入功率因数和高变换效率,可用作小功率单相ups蓄电池恒压充电电路。