论文部分内容阅读
大功率应用场合需求不断增加使得三相PWM整流器应用越来越广泛,其中Vienna整流器作为三电平拓扑,具有开关电压应力小、高功率密度、高效率、低THD等优势,成为一大研究热点。本文所研究的Vienna整流器采用电流纹波较小的三相三线制拓扑和运算量较小的传统电压电流双环控制策略。本文首先分析了Vienna整流器的拓扑结构和工作模态,并建立abc自然坐标系下的数学模型。基于高频等效简化电路对电感两端电压脉冲进行谐波分析,进而得到电感电流纹波特性。三线制拓扑电流纹波中的一次开关频率分量被大幅削减,其纹波幅值远远小于四线制拓扑。在与同相并联的对比中发现,交错并联仅能在母线上抵消三线制拓扑本身较小的一次开关频率分量,却会导致电感电流纹波的一次分量剧烈增加。通过PLECS仿真软件和实验样机验证了理论计算结果和相关结论。为了优化传统双环控制的输出动态响应特性,本文提出基于负载前馈的Vienna整流器数字控制策略,引入负载跳变检测算法判断前馈计算的时机,从而避免前馈环节对稳态电流波形的干扰,稳态期间仅由PI补偿器调节输出电压。通过建立控制策略的频域模型得到电压闭环的幅频特性,并搭建Saber仿真和实验样机平台,均可验证控制效果。最后,本文分析了数字控制存在的离散性和延时性问题,对比几款典型DSP的性能参数及其可实现的控制频率,根据实践经验给出Vienna整流器的控制器选型建议。论文完成了3kW Vienna样机,对不同开关频率进行效率对比和损耗分析,并采用GaN器件优化效率。