基于VIENNA整流器的机载电源PFC研究-电气工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TM461.3 U.D.C: 621.31 Dissertation for the Master Degree in Engineering RESEARCH OF AIRBORNE POWER PFC BASED ON VIENNA RECTIFIER Candidate： Zhao Xiaopin Supervisor： Lecturer Wu Ning Academic Degree Applied for： Master Degree in Engineering Speciality： Electrical Engineering Affiliation： Shenzhen Graduate School Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 要 随着新的航空电源标准对整流器的功率因数、总谐波因数要求的提高，传 统的无源 PFC 已难以满足要求，同时传统的机载无源 PFC 工作在 400Hz 中频模 式下,难以满足航空电源对高功率密度的追求，应用全控器件的有源 PFC 整流器 被越来越多的应用于机载电源上,有源 PFC 可工作在高频模式下，因此可以减小 整流器的滤波电容、电感，从而提高功率密度，同时可对输入电流进行直接控 制，因此输入电流能够很好地跟踪电网电压。与两电平整流器相比，三电平整 流器的各功率器件所承受的电压、电流应力都较小，在相同的开关频率和谐波 要求下可选用较小的输入滤波电感，VIENNA 整流器具备上述三电平整流器各 项优点，同时与二极管嵌位式和电容嵌位式三电平整流器相比，VIENNA 整流 器所用器件减少、结构简单。 本文首先介绍了课题的研究背景并查阅文献分析了国内外在机载电源的拓 扑以及控制策略方面的研究现状，然后论文着重研究了三相三线 VIENNA 整流 器的工作原理进而建立了其在静止坐标系和旋转坐标系下数学建模并设计了基 于 PI 的 控 制 器 。 为 了 提 高 直 流 电 压 的 利 用 率 本 文 采 用 空 间 矢 量 的 调 制 方 式,VIENNA 整流器属于三电平拓扑，其空间矢量多达 25 个，与两电平 SVPWM 相比控制复杂度更高，本文首先根据输入电流的极性将其划分为 6 个扇区，在 每个扇区下把 3 电平空间矢量转化为传统的两电平空间矢量从而简化了计算。 针对三电平整流器普遍存在的直流侧中点不平衡问题，本文分析了各种矢量对 中点电位的影响，通过调节中心短矢量的两种不同的开关组合的作用时间来达 到中点电压平衡。针对项目对低 THDi 的要求，本文提出了将 LMS 自适应滤波 算法应用于对电流谐波的消去。 完成了理论分析后本文根据项目的性能指标要求，计算了电感、电容的取 值，在 MATLAB 中搭建了方针模型，仿真结果与理论相吻合；最后设计了整流 器的硬件电路和软件系统，对其进行了实验验证，实验结果显示整流器在稳态、 动态指标均能满足要求。通过对加入 ASHE 前后电流谐波和功率因数的对比， 证明了基于 LMS 的自适应滤波器能有效滤去 VIENNA 整流器中特定次数的谐 波，从而降低了整流器输入电流的 THD，提高了整流器的功率因数。 关键词：机载电源，PFC，VIENNA 整流器，SVPWM，LMS Abstract With improved requirements of rectifier power factor, total harmonic factor in new aircraft power standard, the traditional passive PFC ，which is operates in 400Hz frequency mode ， has been difficult to meet the requirements of the application , PWM rectifier ,which is based on full controlled devices, is more and more used in airborne power supply, compared with, the devices of three-level PWM rectifier withstand smaller voltage and current stress, at the same time in the same switching frequency and the harmonic requirement