论文题目：基于电力电子变压器的高性能多脉波整流器研究
摘要：12脉波整流器能消除输入电流中的5次、7次谐波,但输入电流中仍含有大量的谐波,输入电流THD仍然较高。进一步细分变压器的输出电压相数,可以增加整流器的脉波数,进而有效抑制电流谐波,但随着脉波数的增加,移相变压器的设计和加工变得更为困难。此外,工作于低频状态的移相变压器的体积笨重,通常占整流器总体积的70%以上,限制了其在要求具有较高功率密度工业场合的应用。为此,本文将基于电力电子变换技术的移相变压器与直流侧脉波倍增技术相融合,围绕直流侧脉波倍增原理和电力电子移相变压器的调制原理展开研究。首先介绍了现有抽头式平衡电抗器的工作模态,分析了使得输入电流THD和负载电压脉动最小时的抽头变比,给出了T-IPC倍增整流器脉波数的机理,分析结果表明T-IPC在直流侧产生的方波环流完全抵消了原输入电流中的n=12h±1（h为奇数）次谐波。但抽头上的二极管串联在负载回路,产生的附加损耗严重。为此,本文提出了一种改进型抽头式平衡电抗器,分析了它的工作模态和最优变比,最优变比条件下流过抽头二极管的电流幅值仅为负载电流的3.4%,将抽头二极管的导通损耗降低了两个数量级。明确了IT-IPC的脉波倍增机理,分析结果表明了尽管IT-IPC与T-IPC都能实现整流器的脉波倍增,但二者对某些次特定次谐波调制的效果不同。为了进一步降低移相变压器的体积和重量,提高整流器的功率密度,提出了一种基于电力电子移相变压器的多脉波整流器。通过在网侧输入电源与中频移相变压器之间引入AC/AC变换环节,将工频输入电压调制为中频交流电,使变压器的磁芯工作于中频状态,有效降低移相变压器的体积和重量。分析了AC/AC变换器的调制作用,介绍了中频条件下三相整流桥换流过程,计算了整流桥直流侧输出电流电压表达式。AC/AC变换器并不改变整流桥输出电流电压特性,在此基础上,将IT-IPC与电力电子移相变压器相结合,形成了一种具有较高功率密度的24脉波整流器。搭建了一台输出功率为1.3k W的试验样机,验证了理论分析的正确性,并给出了系统故障（输入断相和IT-IPC中二极管开路故障）时的理论分析和实验结果。实验结果表明,移相变压器工作在500Hz时,变压器的体积减小为原来的三分之一左右;输入电流谐波被有效抑制,输入电流THD从11.4%被减少到4.2%;IT-IPC中二极管发生开路故障时也具有一定的谐波抑制效果。
关键词：多脉波整流技术;脉波倍增;谐波抑制;电力电子变压器
学科专业：电气工程
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的意义
1.2 多脉波整流器的脉波倍增技术研究现状
1.2.1 基于变压器细分移相的脉波倍增方法
1.2.2 直流侧脉波倍增方法
1.3 基于电力电子变压器的多脉波整流器研究现状
1.3.1 基于中频电力电子变压器的多脉波整流器
1.3.2 基于高频电力电子变压器的多脉波整流器
1.4 主要研究内容
第2章 基于抽头变换器的多脉波整流器
2.1 电路拓扑与工作模态
2.2 T-IPC的优化设计
2.2.1 输入电流THD最小时的变比
2.2.2 负载电压纹波最小时的变比
2.3 T-ITC谐波抑制机理
2.4 磁性器件的容量分析
2.5 基于T-IPC的多脉波整流器仿真分析与实验验证
2.5.1 基于T-IPC的多脉波整流器仿真分析
2.5.2 基于T-IPC的多脉波整流器实验验证
2.6 本章小结
第3章 基于改进型抽头变换器的多脉波整流器
3.1 基于IT-IPC的多脉波整流器拓扑
3.2 IT-IPC对整流桥输出的调制作用
3.2.1 基于IT-IPC的整流器工作模态
3.2.2 IT-IPC的临界条件
3.3 整流器的输入输出特性
3.3.1 整流器的输入电流
3.3.2 整流器的负载电压
3.4 与常规T-IPC方案的对比
3.4.1 谐波抑制机理对比
3.4.2 变压器的容量对比
3.4.3 平衡电抗器的容量对比
3.4.4 整流器件的电压和电流等级
3.4.5 二极管导通损耗分析
3.5 基于IT-IPC的多脉波整流器仿真分析与实验验证
3.5.1 基于IT-IPC的多脉波整流器仿真分析
3.5.2 基于IT-IPC的多脉波整流器实验验证
3.6 本章小结
第4章 基于电力电子移相变压器的精简型24脉波整流器
4.1 电路结构与组成
4.2 中频多脉波整流器工作情况
4.2.1 双开关AC/AC变换器的工作原理
4.2.2 整流桥的换流方式
4.2.3 输入电流分析
4.2.4 IT-IPC的工作模态
4.2.5 输出电压分析
4.3 中频多脉波整流器故障工作情况
4.3.1 输入断相对整流器的影响
4.3.2 IT-IPC中二极管开路故障后对整流器的影响
4.3.3 无源器件的电流电压等级
4.4 本章小结
第5章 基于电力电子变压器的多脉波整流器实验验证
5.1 基于电力电子变压器的多脉波整流器实验系统
5.1.1 实验样机参数
5.1.2 开关管选型
5.1.3 驱动电路设计
5.2 额定条件下的实验结果
5.3 负载电流变化对谐波抑制性能的影响
5.4 输入电压改变对谐波抑制性能的影响
5.5 输入断相后的实验结果
5.6 抽头二极管开路故障后的实验结果
5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢