电感器位于交流侧的单相不控整流滤波器的可视化设计分析
0引言
脉宽调制(pulsewidthmodulation，PWM)或功率因数校正(powerfactorcorrection，PFC)等技术虽可改善AC-DC电路的网侧电流波形，但需另加器件及控制电路[1]，因此不控整流加LC滤波器的基本结构仍得到广泛的应用[2-20]。LC滤波器的方程f(L,C,R,t)是非线性的，既无解析解，又难觅全局有用最优数值解，常令人困惑，但是学界从未间断过对看似简单的LC滤波器的研究[2-12]：文献[5-6]研究了不控整流器的大小信号数学模型，但未涉及到滤波器参数设计；文献[9-10]提供了查表设计法，属经验型的可行设计；文献[11]强调了优化设计的重要性，而未涉及到设计过程的非线性方程全局最优解问题；文献[12]等给出了采用改进的多目标遗传算法设计滤波器，但数据可视化更为直观；文献[13-16]提出并实现了4、5维可视化并应用于逆变器输出滤波器设计，但均未涉及整流滤波器；文献[17]对3相整流滤波器进行了分析，而单相整流输出的谐波分量更大低通滤波系统穿越频率更低，设计难度更大；文献[7]用多维可视化算法得到了整流低通滤波器的优化团解，文献[5-7]的电感器中有直流电。将电感器挪至交流侧，可消除电感器的直流分量，并且上电瞬间结束后的稳态谐波分量、基波位移角度和功率因数等均与电感器处于直流侧时相同[3,18]。但是，电感器处于直流侧时铁心工作在第I象限，处于交流侧时铁心工作在I-III象限[19]，磁导率与电路表达式均完全不相同，其动态输出特性的分析和优化设计也更复杂[8]，尚未达到完全量化分析和优化设计的阶段。
本文基于单相不控整流器直流侧LC滤波器的4维可视化设计[7]，将其电感器从直流侧挪至交流侧，并用可视化进行分析和设计，达到了提高实验室直流电源(并励励磁电源)功率密度的效果。