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目前,对地球环境的保护已经成为了人们的共识,对于电力系统环境,无谐波就是“绿色”、“无污染”的主要标志之一。在电力系统中各种谐波源产生的谐波对电力系统造成的污染影响到整个系统的电气环境,包括用户本身和其它同一电网的用户。对谐波抑制技术的研究已成为电力电子技术发展的一个重大方向。
传统的弧焊逆变电源的前级多为采用二极管整流的不控桥式整流器,后接较大的电容滤波,这种电路结构将导致弧焊逆变电源在电网端的输入电流产生畸变的尖角波,而并非正弦波,可以通过傅立叶级数展开观测其富含大量的高次谐波分量,这种电压型整流器输入电流特征次谐波单相为2n+1次,三相为6n±1次,这是具有这种电路结构形式整流器拥有的普遍的规律。由于输入电流畸变产生对电网的污染显然不能满足“绿色”的要求,而且还大大的降低了设备本身的功率因数,增加了设备对电网配电容量的要求。随着人们对电网污染认识的不断加深以及相关谐波限制标准的出台,进行弧焊逆变电源功率因数校正技术的研究对于清洁电网环境、满足电磁兼容要求具有重要的现实意义。
基于此,本课题在分析基于交流升压方式的三相功率因数校正电路的基础上,对具有单位功率因数弧焊逆变电源进行了研究,以实现传统弧焊逆变电源的谐波抑制功能。
本文研究的主要内容包括:对单位功率因数弧焊逆变电路系统的总体结构设计分析;分析论证了基于交流升压方式三相功率因数校正电路的谐波抑制性能;对有源功率因数校正技术进行了对比,并对平均电流控制技术双闭环系统的设计及主电路参数的选择进行了分析;借助Matlab/Simulink仿真工具,对系统的主电参数和控制参数进行了优化设计;设计了基于DSP的数字控制系统(硬件设计和软件设计);针对平均电流控制的不足提出了一种基于PFC预测占空比控制方案。
通过以上对单位功率因数弧焊逆变电源的设计分析,研制了一台带有谐波抑制功能的弧焊逆变电源,其输入级采用本文研究的三相交流升压功率因数校正电路,后级功率变换器采用全桥逆变电路。通过对平均电流控制方案和基于PFC预测占空比方案的实验,验证了此系统的谐波抑制性能。