基于单周期控制的三相三开关三电平Boost型PWM整流器的研精.docx

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基于单周期控制的三相三开关三电平Boost型PWM整流器的研精

华南理工大学

硕士学位论文

基于单周期控制的三相三开关三电平Boost型PWM整流器的研究

姓名：

武志贤

申请学位级别：

硕士

专业：

电力电子与电力传动

指导教师：

蔡丽娟

20050501

华南理工大学硕士学位论文

由实验结果可以看出，ＶＩＥＮＮＡ整流器是一种性能良好的拓扑，具有很多优点，尤其是在开关管的选择过程中可以很方便的选择所需的开关管，是一种值得推广的新颖拓扑。

关键词：

功率因数校正，三开关，三电平，单周期控制，统一恒频积分控制器ＩＩ

ＴＡＢＣＡＳＴＲＡＣＴＲＴＳＢＡＷｉｔｈｔｈｅ

ｔｏｆｎｓｃｉｅｎｃｅｅｍｐｏａｎｄｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｖｅｄ

ｎｔｏｏｔｈｅｉＥａｒｔｈｔｕｉｓｂｅｃｏｍｉｎｇｌｌｏｐ

ｅｓｒａｋｉｎｄｏｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｗａｎｄｗｏｒｓｅ．Ａｓｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｓｏｎｅｏｆ

ｅｐｏｌｌｕｔｉｏｎｐｏｗｅｒｈｔｔｏｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｈｔｂｉｇｇｅｓｔｓｙｓｔｅｍｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｄｕｅｏｆｉｓ

ｆｏｒｄｎａｍｄａｎｄｅｐｒｏｂｌｅｍｄｗｉｔｈｅｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．ｈａｒｍｏｎｉｃｓａｑｕａｌｉｔｙ，ｈａｒｍｏｎｉｃｓｆｉｍｐｒｏｖｅｄｐｏｗｅｒｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ

ｇａｉｎｅｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｆｏｒｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒｏｆｔｅｎｄｎａｅｖａｈｔｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｃｄｉｏｄｅｒｅｃｔｉｆｉｅｒｅｗｉｔｈｎｎｏｍａｋｅｓｃｃａｐａｃｉｔｏｒｆｉｌｔｅｒ，ｗｈｉｃｈｉｎｐｕｔｔｄｉｓｔｏｒｔｅｄｎｅｏｒｄｅｒｒｈａｒｍｏｎｉｃｓｒｕｉｎｔｅｒｆｅｒｅｃｄｅｖｉｃｅｓｉｎｓｅｖｅｒｅｌｙ．Ｈｉｇｈｓｅｖｅｒｅｌｙ

ｐｏｗｅｒｌｉｎｅａｎｄｅｈｔ．ｆｌｅｓｔｉａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＰＦＣ）ｉｓａｎａｃｔｉｖｅｍｏｄｅＴｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ

ｏｏｆｔｅｎｕｓｅｄｔｉｎｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｅｒｐｏｗｅｒｅｌｉｍｉｎａｔｅｈａｒｍｏｎｉｃｓ，ｗｈｉｃｈ

Ｔ．ｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ／ｓｗｉｔｃｈ／ｌｅｖｅｌｓｌｅｖｅｌｉｓＢｏｏｓｔ—ｔｙｐｅ（ＶＩＥＮＮＡ）ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｎｏｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄａｉｓｓｅｌｃｏｔｅｄｔｏｂｅｓｔｕｄｉｅｄｉｎ

ａｓｔｈｅｄｉｓｓｅｒｃａｔｉＯｎ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｏｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｄｖａｎｔａｇｅｓ

ｒｃｏｍｐａｒｅｄｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｒｅｅ・－ｐｈａｓｅｔｗｏ－－ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅ

ｔｈｅｐｏｗｅｒ

ａｎｄｓｙｓｔｅｍｓ：

ｌｏｗｅｒｂｌｏｃｋｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ｌｏｗｅｒｈａｒｍｏｎｉｃｓｈｉｇｈ

ａｒｅｍａｉｎｔｏｃｕｒｒｅｎｔ，ｈｉｇｈｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｍａｉｎｆａｃｔｏｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｓｂｅｉｎｇｉｎｈｅｒｅｎｔｔｈｅａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｆ０１ｌｏｗｓ：

ａｎｄ１．Ｓｕｍｍａｒｉｚｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ

ｃｈｏｏｓｅＶＩＥＮＮＡｒｅｃｔｉｆｉｅｒａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ．

２．ＩｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＶＩＥＮＮＡｒｅｃｔｉｆｉｅｒ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｅｏｆｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｅｖｅｒａｌｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｇｉｖｅｎ．Ａｆｔｅｒｃｏｍｐａｒｅｏｎｅ—ｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒ０１ｍｅｔｈｏｄｉｓｃｈｏｓｅｎｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒ０１ａｉｍ．

３．ＵｎｉｆｉｅｄＣｏｎｓｔａｎｔ—ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＵＣＩ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎｏｎｅ・ｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｎｃｅｐｔｏｆＶＩＥＮＮＡｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．

４．Ｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔ

５．Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ

ｒｉｇｈｔ．ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｂｕｉｌｔ．ｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｂｕｉｌｔａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｐｒｏｐｏｓｅｄｉｓ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：

Ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ（ＰＦＣ），Ｔｈｒｅｅ—Ｓｗｉｔｃｈ，Ｔｈｒｅｅ－Ｌｅｖｅ

Ｏｎｅ—ｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏＩ，ＵｎｉｆｉｅｄＣｏｎｓｔａｎｔ－ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ１１１

第一章绪论

第一章帚一早

１．１课题的理论和实际意义Ｔ匕绪论珀

随着工业现代化进程的不断加快，对地球环境的污染和破坏不断加剧。

电力系统作为一种环境也面临着污染，公共电网中的谐波和无功问题是其中最大的一种污染，因此谐波和无功问题也日益受到重视。

为了减轻电力公害的危害程度，许多国家和国际组织纷纷制定相应的法律和法规限制谐波含量，如国际电工委员会制定的ＩＥｃｌ０００—３—２标准，我国制定的限制谐波的规定ｓＤｌ２６—８４和国家标准ＧＢ／Ｔ１４５４９—９３等。

谐波标准的制定激发了人们对功率因数校正ＰＦｃ（Ｐｏｗｅｒ

ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）的研究兴趣。

图卜ｌ所示是电力电子技术及电子仪器应用中极为广泛的一种变流方案．而这种传统的二极管整流或相控整流接在交流电网上，引起非常大的电流谐波污染。

如图卜１ａ）所示的整流器一电容滤波电路是一种非线性元件与储能元件的组Ｆａｃｔｏｒ合，虽然输入交流电压”＝√２ｕｃｏｓ耐，但输入电流的波形会发生严重畸变，呈脉冲状，如图卜ｌｂ）所示。

—

————一

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ｆＬ一Ｌ一

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一————Ｎ少７’

ｂ）输入电压电流波形一Ｌ—Ｌａ）传统整流器

ａ）ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｍＩｒｅｃｔｉｆｉｅｒｂ）Ｗａｖｅｆ０眦ｏｆｉｎｐｕｔｖｏｌｔａｇｅａｌｌｄｃｕｒｒｅｎｔ

图卜ｌ传统整流器及其输入电流和电压波形

Ｆｉｇ．１－１ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｒｅｃｔｉｆｉｅｒａＩｌｄｉｔｓｉｒｌｐ灯ｔｃｕ盯ｅｎｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅｗａＶｅｆ０咖

由此可见，大量应用整流电路，其结果是导致电网供给严重畸变的非丁Ｆ弦波，使无功增大，谐波污染问题严重，影响供电质量。

因此，抑制谐波和提高功率因数已成为电力电子技术、电气自动化技术及电力系统研究领域的一个重大课题，正在引起越来越多的关注。

第一章绪论第一章绪论

早珀Ｔ匕１．１课题的理论和实际意义一帚

力电。

剧加断不坏破和染污的境环球地对，快加断不的程进化代现业工着随

准标家国和４８—６２ｌＤＳ定规的波谐制限的定制国我，准标２－３—０００ｌＣＥＩ的定制会

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谐波标准的制定激发了人们对功率因数校正ＰＦＣ（ＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒ

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图卜ｌ所示是电力电子技术及电子仪器应用中极为广泛的一种变流方案．而

这种传统的二极管整流或相控整流接在交流电网上，引起非常大的电流谐波污

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合，虽然输入交流电压√，但输入电流的波形会发生严重畸变，呈脉

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由此可见，大量应用整流电路，其结果是导致电网供给严重畸变的非丁Ｆ弦率因数已成

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解决电网污染问题通常采用两种方式，一种是对电网自身进行无功补偿，另一种是对用电设备自身进行改进，开发新型的高功率因数的整漉器。

根据应用功率大小的不同，整流器有三相和单相之分，单相整流器通常用于小功率的场合，三相整流器用于中大功率的场合，故三相整流器输入端对电网的影响也越大。

因此对三相整流器进行功率因数校正具有更大的理论和实际意义。

１．２功率因数的定义

１．２．１正弦电路功率因数的定义

功率因数这一术语源于基本的交流电路原理。

当正弦交流电源给感性或容性负载供电时，负载电流也是正弦的，但是比输入电压滞后或超前一定角度口。

设电压、电流的表达式分别为：

“：

√五ｃｏｓ耐（１一１）

ｉ＝＝ｘ／２Ｉｃｏｓ（ｃｏｔ＋ａ）（１－２）

若输入电压的有效值为Ｕ，输入电流的有效值为，，则电网的视在功率

Ｓ＝Ｕ／（１—３）

但实际上只有与输入电压同相位的输入电流分量（Ｉｃｏｓａ）向负载提供功率，传递到负载的功率只有Ｕｌｃｏｓａ，通常定义Ｐ＝Ｕｌｃｏｓａ为有功功率。

根据交流电源电路理论，ＣＯＳ＆＂的大小就是功率因数值。

通常希望功率因数尽可能接近ｉ，即保持输入电流是与输入电压同相位的正弦波，实现这种效果的技术称为功率因数校正。

１．２．２非正弦电路功率因数的定义

以上的定义是针对电压和电流为正弦波来说的，在含有谐波的非正弦电路中，有功功率、视在功率和功率因数的定义和正弦电路相同，几个物理量的物理意义也没有变化，但是要先对非周期函数进行傅立叶分解。

对非正弦电流进行分解得电流的表达式为：

扛∑也ｃｏｓ（ｎｃｏｔ＋＃，）”＝Ｊ（１－４）

式中，ｎ＝１的分量称为基波，频率大于基波频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的比值。

以上公式及定义均以非正弦电流为例，对于非２

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解决电网污染问题通常采用两种方式，一种是对电网自身进行无功补偿，另一种是对用电设备自身进行改进，开发新型的高功率因数的整漉器。

根据应用功率大小的不同，整流器有三相和单相之分，单相整流器通常用于小功率的场合，三相整流器用于中大功率的场合，故三相整流器输入端对电网的影响也越大。

因此对三相整流器进行功率因数校正具有更大的理论和实际意义。

１．２功率因数的定义

１．２．１正弦电路功率因数的定义

功率因数这一术语源于基本的交流电路原理。

当正弦交流电源给感性或容性负载供电时，负载电流也是正弦的，但是比输入电压滞后或超前一定角度口。

设电压、电流的表达式分别为：

“：

√五ｃｏｓ耐

ｆ＿√豇ｃｏｓ（国Ｈ口）

若输入电压的有效值为Ｕ（１一１）（１—２），输入电流的有效值为，，则电网的视在功率

Ｓ＝明（卜３）

但实际上只有与输入电压同相位的输入电流分量（几ｏｓ口）向负载提供功率，传递到负载的功率只有们ｃｏｓ口，通常定义Ｐ＝ｗｃｏｓ口为有功功率。

根据交流电源电路理论，ｃｏｓａ的大小就是功率因数值。

通常希望功率因数尽可能接近ｉ，即保持输入电流是与输入电压同相位的正弦波，实现这种效果的技术称为功率因数校正。

１．２．２非正弦电路功率因数的定义

以上的定义是针对电压和电流为正弦波来说的，在含有谐波的非正弦电路中，有功功率、视在功率和功率因数的定义和正弦电路相同，几个物理量的物理意义也没有变化，但是要先对非周期函数进行傅立叶分解。

对非正弦电流进行分解得电流的表达式为：

扛∑√弘ｃｏｓ（胛∞Ｈ九）

”＝Ｊ（１－４）

式中，ｎ＝１的分量称为基波，频率大于基波频率的分量称为谐波，谐波次数为谐波频率和基波频率的比值。

以上公式及定义均以非正弦电流为例，对于非２

第一章绪论

正弦电压的情况也完全适用，式中把ｊ、厶变为“、饥即可。

Ｌ）表示为Ｎ次谐波电流的含有率揪‘（ＨａｒｍｏｎｉｃＲａｔｉｏ

呶＝争枷。

％

式中：

‘ｉｉ～筝ｉ一第ｎ次谐波电流有效值

‘一基波电流有效值。

谐波电流含量乓定义为：

ｌｑ＝ｉｄ０；

电流谐波总畸变率ＴＨＤ（Ｔｏｔａｌｈａｒ埘ｏｎｉｃｓＤｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）定义为：

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有功功率为：

Ｐ＝去ｒ４“耐鲥＝去卜喜忸ｃｏｓｃ删Ⅷ拗

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簧葙葭露葸ｊ例莎骜到髹事Ｐｉ和融黼嚣复电路中，各相电压、电流均对称，功率因数也相同。

三相电路总翔的功率因数等于各相的功率因数。

在三相电路中，影响功率因数的因素除了电压

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功率因数至今没有统一的定义。

定义之一为：

胍娶

对称的因素，但其依据不充分。

另一定义为矢量功率因数：

∽㈣式中，各相的ｓ为其相电流与相电压的乘积。

可以看出，即使三相都是电阻负载，只要三相不对称，功率因数仍小于ｌ。

该定义简单且易于计算，考虑了不

肌嚣

式中，ｓ为矢量，各相Ｓ的相角为该相电流滞后电压的角度。

∽埘

１．３三相功率因数校正的发展

传统的整流装置大都采用二极管整流或相控整流，这些电路存在谐波污染大、交流侧波形畸变严重、功率因数低等缺点，难以满足各种关于限制谐波含量的法律、法规对谐波的要求，也不能满足对整流装置的高功率密度、高效、高可靠性和低成本等的要求。

由于三相整流器功率大，它的输入端对电网的影响也大。

三相功率因数校正已成为国际电力电子学界研究的热门课题。

与单相电路相同，按基本拓扑类型划分，可以分为Ｂｏｏｓｔ型、Ｂｕｃｋ型、Ｃｕｋ型、Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ型等：

按工作模式划分，三相功率因数校正拓扑可分为不连续导电模式ＤｃＭ（Ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ

ＣｏｎｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎＭｏｄｅ）和连续导电模式ｃｃＭ（Ｃｏｎ“ｎｕｏｕｓＭｏｄｅ）；按输出电压与输入电压的比划分，可以分为升压型和降压型，前面提到的Ｂ００ｓｔ型为升压型，Ｂｕｃｋ型为降压型，Ｃｕｋ型和Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ型等与电路参数的选取有关，可以升压，也可以降压。

因为试验中所选拓扑源于Ｂｏｏｓｔ结构，故以下按开关个数划分，对源于Ｂｏｏｓｔ的三相功率因数校正的发展进行介绍。

１．３．１三相单开关ＤｃＭ整流器

三相单开关Ｂｏｏｓｔ型整流器的电路结构如图卜２所示。

三相单开关Ｂｏｏｓｔ型整流器因其结构简单，成本低以及比较好的性能而倍受欢迎。

这种拓扑通常采用恒定占空比控制，保持功率开关管的占空比恒定不变，每一相的电流可以很好的跟随相电压，但固定占空比控制会产生较大的５次谐波，限制了ＰＦｃ功能，采用六次谐波注入法可以抑制五次谐波。

这种拓扑用简单的电路就能获得比较高的功率因数，但开关管上的电压和电４

第一章绪论

流应力大，同时不能在整个负载范围实现单位功率因数校正，尤其是在轻载时电流波形畸变比较大。

提高输出电压的等级使输出电压值大于输入线电压的峰一峰值，可以减小电感的放电时间，改善ＰＦＣ性能，但这又会增加功率开关管的开关应力。

这种拓扑存在的主要问题是：

首先。

必须工作在ＤＣＭ方式．这必将引起较大的ＥＭＩ（Ｅ１ｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）噪声，需要较大的ＥＭＩ滤波器。

其次，只有一个功率开关管，能量不能双向流动，不能实现真正意义上的单位功率因数校正。

再次，功率开关管是在大电流的条件下关断，所以关断损耗比较大。

为了减少关断损耗，可以采用一些软开关技术，ＺＣＴ（ＺｅｒｏＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｅｒ）辅助电路如图卜Ｚ中虚线区所示。

这种拓扑通常用于小功率场合。

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图卜３三相交错并联的ＰＦＣ电路

（虚线内是ＺＣＴ电路）

Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅＰＦＣｃｉｒｃｕｉｔ图卜２三相单开关Ｂｏｏｓｔ整流器（虚线内是ｚｃＴ结构）Ｆｉｇ．１－２Ｔｈｒｃｅ・ｐｈａｓｅｓｉｎｇｌｅ—ｓ、ⅣｉｔｃｈｂｏｏｓｔｒｅｃｔｉｆｉｅｒＦｉｇ．１・３

（ＺＣＴｃｉｒｃｕｉｔｓｈｏｗｎ耐也ｉｎｔｈｅｄｏｔｔｃｄ触ｒｎｅ）（ＺＣＴｃｉｒｃｕｉｔｓｈｏｗｎｗｉｔｈｉｎｔｈｅｄｏｔｔｅｄｆｍｍｅ）

开关应力大是这种电路的主要问题，解决的方法是采用特殊的电路结构，如用两个同时开通或关断的开关管串联代替原来的一个开关管，每个开关管的电压应力就会减小。

当然，随之而来的串联均压问题必须妥善的解决。

文献［４］提出一种三相单级ＰｗＭ整流器结构，与前面提到的三相单开关拓扑不同的是，采用高频变压器进行隔离，即可以用于升压也可以用于降压。

在输入电流断续的情况下，可以获得比较高的功率因数和功率密度，输出电压范围也很宽，非常适用于中等功率等级，可用于通讯供电。

１．３．２三相双开关ＰＦＣ电路

图卜３所示是交错并联三相ＰＦｃ拓扑。

交错并联Ｂｏｏｓｔ整流器是三相双开关ＰＦｃ电路的一种，工作在ＤｃＭ方式。

这种结构由于采用了双开关交错并联电路，减少了输入电流的纹波，提高了电路的效率，同时减少了输入ＥＭＩ滤波器的体

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笺ｉ§ａ删暖臻趔到引矧爱弱射晒矛姒二朝

缺点与三相单开关的拓扑相似，这里不再赘述。

上面提到的几种变换器有一个共同的特点，即输出滤波电容只有一个，因此都存在一个较严重的问题：

开关管需要承受直流母线电压的全压，三相整流母线电压接近单相的两倍，故管子选择困难。

三相三开关三电平Ｂｏｏｓｔ型ＰＷＭ整流器（ＶＩＥＮＮＡ整流器）的输出滤波电容有两个，开关管电压应力只是输出电压的一半，解决了开关应力大的问题，是一种比较新颖的拓扑，拓扑如图卜８所示。

这种拓扑既可以工作在ＤＣＭ方式也可以工作在ＣＣＭ方式，其特征是：

三线输入没有中线，输入电流连续，理论上讲输入电流为正弦波，没有低次谐波。

相互影响同样可以

第一章绪论

决这一问题，增加了二极管Ｄｌ。

和Ｄ２６。

同样在ｅ１＞０、ｅ２＜ｏ的情况下，当ｓ１和ｓ２同时关断时，如图卜６ｂ）所示，Ｂ点电势为负，二极管Ｄ６、Ｄ２。

、Ｄ２５、Ｄ７导通，Ｄ４和Ｄ１。

被反向偏置，上面变换器的电流流入下面的变换器ａ因为电感上的电流不能突变，所以，为了强制二极管Ｄ４和Ｄ【。

导通，加入电感ｋ和上２。

。

８）增加续流二极管ｂ）增加电感

ｂ）Ａｄｄｓｐｌｉｔｉｎｄｕｃｔｏｒａ）Ａｄｄｓｐｌｉｔｆｒｅｅ・ｗｈｅｅｌｉｎｇｄｉｏｄｅ

图卜６两个电路之间相互影晌

Ｆｉｇ．１—６Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ

１．３．３三相三开关ＰＦＯ电路

最基本的三相三开关ＰＦＣ拓扑就是由三个单相ＰＦＣ电路组成的，每一相独立工作，成熟的单相ＰＦＣ技术可以用于这里。

为了减少三相间相互影响同样可以采用上面提到的改进方法，如图卜７所示。

该电路可以用于大功率的场合，它的优缺点与三相单开关的拓扑相似，这里不再赘述。

上面提到的几种变换器有一个共同的特点，即输出滤波电容只有一个，因此都存在一个较严重的问题：

开关管需要承受直流母线电压的全压，三相整流母线电压接近单相的两倍，故管子选择困难。

三相三开关三电平Ｂｏｏｓｔ型ＰＷＭ整流器（ＶＩＥＮＮＡ整流器）的输出滤波电容有两个，开关管电压应力只是输出电压的一半，解决了开关应力大的问题，是一种比较新颖的拓扑，拓扑如图卜８所示。

这种拓扑既可以工作在ＤＣＭ方式也可以工作在ＣＣＭ方式，其特征是：

三线输入没有中线，输入电流连续，理论上讲输入电流为正弦波，没有低次谐波。

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图卜７由三个单相变换器组成的三相带

有ＺＶＴ辅助电路的ＰＦｃ整流器

Ｆ嘻ｌ一７Ｔｈｆｅｅ－ｐｈａｓｅｚＶＴＰＦＣｒｅｃｔｉｆｉｅｒ图卜８ＶＩＥＮＮＡ整流器的拓扑Ｆ培ｌ一８ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＶＩＥＮＮＡｓｉｎｇＩｅ—ｐｈａｓｅｃｏｎｖｅｎｅｒｓｒｅｃｔｉｆｉｅｒｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇｏｆｔｈｒｅｅ

ＶＩＥＮＮＡ整流器的优点是

曩鬻攀例ｊ堡逝赢签品描孺笛崴豢萄ｇ茂６Ｐ神璧蠹瑟辫蒌旁二萄氍冀蓊翻，峪刍－薅０莓泣；萝商柏互影煦嚣拓嚣嚣囊簿鞋薷霭鳕需蚓÷～蠹竺薹霪三霪垂垂墓薹霾嚣蓁翳掣瞳驰箍；些磊誊氢掣醪竖ｊ哩谭；掣苻轧商熟簿爨烈雾烈拦！

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｜ｌ影响同样司以采｜帛ｆ面｜蠹觎蕊ｉ

笺ｉ§ａ删暖臻趔到引矧爱弱射晒矛姒二朝用上面提到的改进方法，如图卜７所示。

该电路可以用于大功率的场合，它的优缺点与三相单开关的拓扑相似，这里不再赘述。

上面提到的几种变换器有一个共同的特点，即输出滤波电容只有一个，因此都存在一个较严重的问题：

开关管需要承受直流母线电压的全压，三相整流母线电压接近单相的两倍，故管子选择困难。

三相三开关三电平Ｂｏｏｓｔ型ＰＷＭ整流器（ＶＩＥＮＮＡ整流器）的输出滤波电容有两个，开关管电压应力只是输出电压的一半，解决了开关应力大的问题，是一种比较新颖的拓扑，拓扑如图卜８所示。

这种拓扑既可以工作在ＤＣＭ方式也可以工作在ＣＣＭ方式，其特征是：

三线输入没有中线，输入电流连续，理论上讲输入电流为正弦波，没有低次谐波。

相互影响同样可以采

第一章绪论

路中使用的ＰＷＭ技术移植到整流电路中形成的。

这种变换器通常采用双环控制，外环是电压调制环，内环是电流环，控制输入电流使其与输入电压的相位相同，波形跟随电压的波形。

如果输出电压大于输入线电压的幅值，双环控制可以获得良好的控制特性。

系统工作在ＣＣＭ方式，异模ＥＭＩ小，电感电流和开关电流的值都比较小，输入侧和输出侧的电流和电压特性都很好，但存在电路结构复杂（需要六个开关管），成本高，控制电路比较复杂，容易引起上下桥臂直通等问题。

由于拓扑工作在ＣＣＭ方式，二极管存在反向恢复问题，所以在这种拓扑中开关损耗主要是开关管的开通损耗，懈决的方法是采用软开关技术，文献［１］中给出一些软开关拓扑。

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图卜９三相全桥ｂｏｏｓｔ整流器

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１．４软开关技术

在开关管开通或关断的瞬时应用软开关技术，改变开关管的开关状态，降低了开关过程中的损耗、电流应力ｄｉ／ｄｔ和电压应力ｄｒ／ｄｒ，软开关变换器的频率范围也比传统的ＰＷＭ变换器的频率范围宽。

基于以上原因，软开关技术是ＰＦＣ电路的～个非常重要的方面，值得特别的关注。

大多数的软开关技术从Ｄｃ—Ｄｃ变换器发展起来，发展过程大致经历了谐振变换器（ＲＣ），准谐振变换器（ＱＲＣ），多谐振变换器（ＭＲｃ），准方波ＰＷＭ变换器（ＱＳＷ），零电压开关ＰＷＭ变换器（ＺＶＳ—ＰＷＭ）、零电流开关ＰＷＭ变换器（ＺＣＳ—ＰｗＭ），零电压转换ＰＷＭ（ＺＶＴ－ＰＷＭ）和零电流转换ＰＷＭ（ｚｃＴ—ＰＷＭ）变换器等过程。

软开关技术已经在三相功率因数校正中得到应用，而且有些技术也比较成熟。

１．５论文的主要工作

Ｌ．

２．

３．对三相ＰＦＣ课题的学术背景和实际意义进行了说明：

对ＶＩＥＮＮＡ整流器的工作原理进行分析；对单周期控制策略在该整流器中的应用进行了深入研究；９

第一章绪论

路中储茸