直流侧带VIENNA整流器的低谐波串联型12脉波整流系统研究
摘要
随着电力电子技术的发展，越来越多的大功率电能变换器被应用于电机驱动、
航空供电等工业领域。12脉波整流器具有结构简单、可靠性高的优点，常常作为
大功率电能变换器从电网中获取能量的接口电路被广泛使用。单独使用12脉波整
流器，输入电流中有大量的(12k±1)次谐波，输入电流的THD在10%以上，不能满
足IEEE-519谐波标准要求。为了在基本不增加12脉波整流器体积重量和成本的
同时，显著抑制整流器的输入电流谐波，本文以基于Zig-zag移相变压器的串联型
12脉波整流器为研究对象，开展串联型12脉波整流器直流侧谐波抑制的研究。
为了明确直流侧环流对串联型12脉波整流器输入电流的THD和输出电压脉
动系数的影响，分析了整流桥输出电流连续和断续时，环流等效系数对输入电流
THD和输出电压脉动系数的影响规律，分别获得了输入电流THD和输出电压脉动
系数最小时的环流等效系数。
在上面分析的基础上，随后给出了输入电流THD和输出电压脉动系数最小时
对应的输入电流和输出电压表达式。随后根据断续条件下的整流器的输入输出特
性，提出了一种无源环流注入方案，并得到了一种基于无源电流注入的24脉波整
流器，分析了它的工作原理和脉波倍增机理。之后，分析了整流桥输出电流连续
时，直流侧环流在网侧的表现形式，并给出了直流侧环流抑制网侧谐波的机理。
分析了连续条件下直流侧环流的能量流向及环流参数对谐波抑制性能的影响，
给出了实现环流注入的单相VIENNA整流器的主电路拓扑和控制策略。分析了整
流器中磁性器件容量和整流桥中二极管的电压和电流应力，明确了环流对整流器中
磁性器件容量的影响，为整流器的设计提供参考。
设计了单相VIENNA整流器的控制电路和驱动电路，实验验证了直流侧带单
相VIENNA整流器的串联型12脉波整流系统的谐波抑制效果，额定条件下可将输
入电流的THD从11.5%减小到1.5%。随后实验分析了负载和输入电压波动以及三
相不平衡条件下，整流系统的谐波抑制性能，实验结果表明在负载和输入电压波动
以及不平衡条件下，提出的方案仍具有较好的谐波抑制效果。
关键词：多脉波整流器；脉波倍增；阻性环流；谐波抑制
直流侧带VIENNA整流器的低谐波串联型12脉波整流系统研究
Abstract
Withtherapiddevelopmentofpowerelectronicstechnology,moreandmore
high-powerpowerconvertersarebeingappliedinindustrialfieldssuchasmotor
drive,aviationpowersupply,electrolyticelectroplating,andmetalsmelting.Dueto
theadvantagesofsimplestructure,highreliability,andlowcost,12-pulserectifiers
areoftenwidelyusedasinterfacecircuitsforhigh-powerpowerconverterstoobtain
energyfromthepowergrid.However,whenusinga12-pulserectifieralone,thereis
stillalargeamountof(12k±1)harmonicsintheinputcurrent,andtheTHDofthe
inputcurrentcanreachmorethan10%,whichcannotmeetthereq