摘 要

三相三线制维也纳整流器是一种三电平整流器，与其他多种整流器相比不需要担心桥臂直通的风险，由于直流侧有分压电容的关系，双向开关管承受的电压压力与其他整流器承受的直流侧电压相比只有直流侧输出电压的二分之一。除此之外还有功率因数高、直流侧电压输出稳定等优点，因此维也纳整流器一经问世就受到学术界广大科学工作者的关注和研究。

本文对三相三线制维也纳整流器进行了细致研究，深入研究了采用闭环控制策略的维也纳整流器控制系统，用同步pwm控制方法将pwm信号由六个减少为三个，减小了电路体积，为大规模使用节约成本。同时详细分析了维也纳整流器在各种开关状态下的工作原理，以及对功率因数的影响，通过对维也纳整流器的硬件构成部分进行详细分析，包括对直流侧带内容，开关管，滤波电感的参数计算及选型，以及对电流电压的采样电路和控制电路与的设计分析，在Matlab中搭建的维也纳系统仿真模型，得到电压、电流的仿真结果。并与理论基础进行分析对比，对仿真结果进行检验，分析仿真结果是否符合理论预期，仿真过程中出现的问题以及解决方法。最终完成了功率因数不小于0.98，输入电流THD不大于5%，输出为800V/10A，输入为50Hz,380V交流，额定功率效率不低于92%的8kw维也纳整流电源。

关键词：维也纳整流器；闭环控制；双向开关管

ABSTRACT

The three-phase three-wire Vienna rectifier is a three-level rectifier. Compared with other rectifiers, there is no need to worry about the risk of straight-through of the bridge arm. Due to the relationship of the voltage-dividing capacitor on the DC side, the voltage pressure on the bidirectional switch tube is different from other rectifiers. The DC voltage withstands only half of the output voltage on the DC side. In addition, it also has the advantages of high power factor and stable DC side voltage output. Therefore, the Vienna rectifier has attracted the attention and research of the majority of scientific workers in the academic circle once it came out.

In this paper, the three-phase three-wire Vienna rectifier is studied in detail, and the Vienna rectifier control system with closed-loop control strategy is deeply studied. The synchronous pwm control method is used to reduce the pwm signal from six to three, which reduces the circuit volume and is large. Large-scale use saves costs. At the same time, it analyzes the working principle of Vienna rectifier in various switching states and its impact on power factor in detail. Through detailed analysis of the hardware components of Vienna rectifier, including the calculation of the parameters of the DC side band content, switch tube, filter inductance And the type selection, as well as the design analysis of the sampling circuit and control circuit of the current and voltage, the Vienna system simulation model built in Matlab, the simulation results of voltage and current are obtained. Analyze and compare with the theoretical basis, check the simulation results, analyze whether the simulation results meet the theoretical expectations, problems and solutions in the simulation process. Finally, an 8kw Vienna rectifier power supply with a power factor of no less than 0.98, an input current THD of no more than 5%, an output of 800V / 10A, an input of 50Hz, 380V AC, and a rated power efficiency of not less than 92% was completed.

Key Words: Vienna Rectifier；Closed-loop Control；Bidirectional Switchgear

目 录

第一章 绪论 1

1.1研究意义与研究现状 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1）维也纳整流器三相电流过零点畸变问题研究 1

2）维也纳整流器中点平衡控制与漏电流抑制问题研究 2

1.3功率因数 2

1.4文章内容概述 3

第二章 维也纳整流器的具体工作原理 4

2.1维也纳整流器与其他整流器对比研究..............................................................4

2.2维也纳整流器拓扑分析 5

2.3维也纳整流器不同开关状况下工作情况 7

2.3本章小结 10

第三章 维也纳整流器控制方案设计 11

3.1 引言 11

3.2 电流内环控制设计 11

3.3 电压外环控制设计 13

3.4 维也纳整流器SPWM控制方法......................................................................14

3.5 本章小结 15

第四章 维也纳主电路器件选择 16

4.1 交流侧输入电感选择 16

4.2 功率器件的选择 17

4.3 直流侧电容的选择 17

4.4 本章小结 18

第五章 仿真结果及其分析 19

5.1 仿真搭建思路及过程 19

5.2 仿真结果分析 22

5.3 本章小结 24

第六章 总结与展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1研究意义与研究现状

进入到21世纪，电子信息技术对于我们的社会和生活有着越来越重要的作用，随着广大科学家的努力，电力电子技术在随着时代而飞速的发展。由于电力电子设备逐渐拥有更高的效率和更低的成本，在电力系统中电力电子设备的使用越来越广泛。因而无法控制和避免的带来以下问题，大量电力电子设备的使用致使电网中产生大量无功功率，电网中充斥着各种谐波，对于电网中的其他设备有一定的损害危险，对电网的正常运行有难以估量的影响。针对上述问题，功率因数校正（PFC）技术是经常在整流器技术中解决电网中输入侧电流谐波的问题。无源PFC电路通过在电路中接入LC滤波器或在负载端并联电容器的方法提高功率因数，优点是结构简单、成本低廉、故障率低，缺点是体积大、重量高、不能适用于所有场合、对功率因数的改善情况有限^[1]。所以引入有源功率因数校正技术是解决上述问题的良好方法。