1.1 设计目的及意义

20世纪以来，电力电子开关器件的制造工艺得到了巨大且迅速的提升，对电力电子装置的应用和发展起到了很大的促进作用，在这些电力电子装置中，大多数都含有整流环节。整流器作为最早的电力电子变电装置越来越广泛的运用于社会生产、制造的各个行业之中。其中，大多数的整流环节采用的是二极管不可控整流电路和晶闸管相控整流电路。这些整流电路有较高的可靠性，但是这些整流装置会对电网注入无功功率，谐波。导致电网中产生电流畸变和较多的无功功率损耗，造成电网电压的电能利用率下降和电压质量降低等问题。在提倡绿色环保、节能减排的今天，治理电网污染的问题得到了学者和工程师们的广泛关注和研究。

在现阶段治理上述电网的污染问题有两种解决方式：一种是被动的方式，对电网中已经存在的谐波，通过在电网侧加入静态无功补偿、滤波电路的方法滤除，根据滤波电路有无跟电网连接分为有源和无源滤波电路；另一种是主动的方式，直接将功率因数校正装置（PFC）应用到产生谐波的电力电子设备中，如整流装置，即应用PFC使整流装置输入电压和电流同相位，这样使谐波和无功功率损耗降低，同理分为有源和无源两种。相比而言，主动的方式从源头入手，治理的效果更好。

1994年，奥地利维也纳大学的J.W,Kolar教授提出了一种全新的三电平整流器拓扑，将其命名为VIENNA整流器。与传统的二极管不可控整流电路和晶闸管相控整流电路相比，VIENNA整流器具有功率密度等级高、耐压等级高、谐波含量小、开关器件少、无需考虑死区和上下桥臂直通等优点。三电平VIENNA整流器已经成为能量只需单向流动的场合中的主流拓扑结构。

1.2 国内外研究现状

本文主要研究的对象是三相三线制三电平VIENNA整流器。介绍三相整流器的拓扑结构研究现状从早期的三相不控整流电路拓扑结构开始，如图1.1，三相二极管不控整流电路拓扑结简单、成本低廉，具有较高的可靠性。但其缺点也很明显：谐波含量高、产生较多的无功功率、功率因数低。对电网注入谐波和无功功率，对电网造成污染。

图1.1 三相二极管不控整流电路拓扑

随着电力电子器件制造工艺的迅速提升，诞生了全控型和半控型的开关器件。出现了一些用全控型、半控型开关器件以替换不控型二极管的新型电路拓扑，例如三相单开关PFC拓扑，如1.2，和不控型二极管整流电路相比，三相单开关PFC电路多了一个单极性二极管D和一个全控型开关V，开关V加上二极管D对电路的控制作用可以使整流电路具有两种不同的工作模式，而每相电感电流在不同的工作模式下会有不同的变化。该电路拓扑结构与三相二极管整流电路相比较为复杂。但是，三相单开关PFC电路不能独立的控制输入三相电流，故输入的电路仍然存在较大畸变。通过对全控开关管的控制能够降低输入电流的畸变程度和谐波含量，从而达到提高功率因数的目的。