大功率交错并联型APFC变换器的设计与实现开题报告

 2020-04-03 01:04
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着电力电子技术和半导体技术的发展,越来越多的电力电子装置被应用到各行各业中,这些电气装置的输入端大部分都采用了整流电路与电网接入,整流电路是指将交流电能变为直流电能供给直流用电设备的一种电路,传统整流电路采用二极管与滤波电容构成的[1]。如图1-1所示,由于电容的储能性质,当输入电压高于滤波电容电压时,二极管导通时才有电流通过,而当输入电压低于滤波电容时,二极管关断,此时电流为零,这导致了输入电流只有在输入交流正弦电压峰值附近才会出现,使输入电流严重畸变成峰值很高的尖峰电流。利用傅立叶原理对畸变的输入电流进行分析,可知输入电流中除了基波以外,还存在大量的谐波分量。这些谐波分量大量流入电网,一方面由于谐波电流的“二次效应”,即谐波电流在线路中流过时在线路阻抗上产生的谐波压降,反过来对电网电压造成影响,产生畸变,影响用电设备的正常工作;另一方面谐波电流会导致继电保护和自动装置的误动作,使电气测量仪表计量不准确,造成电路故障[2]。

为了减少电力电子装置的应用对电网造成的谐波污染,保证电能质量,提高电网的可靠性,许多国家和国际组织为了限制输出电流谐波都制定了相应的标准。如国际电气工程师协会(IEEE)提出的IEEE519-992和国际电工委员会(IEC)提出的IEC61000-3-2,我国于1994年开始实施(GB/T14549-1993)《电能质量-公共电网谐波》标准[3],标准规定了电网标称电压为0.38/6/10/35/110kV公用电网中的电压畸变率以及公共连接点的用户注入谐波电流的上限。

目前解决电力电子装置所产生的谐波主要有两种方法[2]:一种是被动法,采用无源滤波或者有源滤波电路对谐波旁路或者补偿,一般是通过无源LC调谐滤波器来实现,但滤波器的体积和重量比较大,对负载变化的适应性也比较差。另一种是主动法,即设计新一代高性能整流器,对电力电子装置的拓扑结构和控制策略进行改进,使其输入电流和输入电压同相,减少甚至消除谐波分量,实现功率因数近似为1,即功率因数校正技术。从理论上讲,几种基本DC/DC变换器都可以用作功率因数校正的电路结构,但由于boost变换器具有输入电流连续且脉动小,输出电压高,功率器件为共源极驱动的优点而被广泛使用[4]。

Boost变化器由于其结构简单、控制简便、电能转换效率高而被广泛运用于中小功率功率因数校正电路中。然而在高功率等级的场合,由于功率器件自身的容量限制,传统BoostPFC结构已经难以满足功率等级要求。而交错并联BoostPFC则是一种很好的解决方案。交错并联BoostPFC是通过两个及两个以上的基本变换器并联构成,每个变换器的开挂管交错导通,每一路开关器件流过的电流仅为输入电流的一部分,降低了开关管的容量要求。此外多个开关管交错时分担输入电流,减小了输入纹波电流幅值, 并使输入电流的纹波频率提高了一倍,有利于滤波电路的设计和减小开关损耗。

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