三相功率因数校正技术研究
摘要:本文采用三相六开关Boost拓扑实现三相PFC,三相拓扑通过物理解耦,增加电路冗余。Saber仿真分析比较了滞环电流变频控制和平均电流定频控制,仿真结果证明两种控制方法均能很好地实现功率因数校正功能。 1 引 言
本文引用地址:用电设备的功率因数为两个因子的乘积:一个是相移因子,由输入电流的基波分量和输入正弦电压之间存在相位差造成;另一个是畸变因子,它是输入电流失真度(THD)的函数。常规的整流装置,由于使用非线性器件,功率因数低,且谐波电流污染了电网,并导致用电设备之间的相互干扰。[1] 抑制电力电子装置产生谐波的方法主要有两种:一是被动方法,即采用无源滤波或有源滤波电路来旁路或滤除谐波;另一种是主动式的方法,即设计新一代高性能整流器,它具有输入电流为正弦波、谐波含量低、功率因数高等特点,即具有功率因数校正功能。近年来功率因数校正(PFC)电路得到了很大的发展,成为电力电子学研究的重要方向之一。[2]单相功率因数校正技术目前在电路拓扑和控制方面已日趋成熟,而三相整流器的功率大,对电网的污染更大,因此,三相功率因数校正技术的研究很有必要。目前三相PFC拓扑有:单开关Boost型、单开关Buck型、六开关Boost型、六开关Buck型、单开关Buck-Boost型,本文对六开关Boost型PFC电路的工作原理、控制方式等进行研究。
2 三相升压型六开关PFC电路
PFC主电路采用六只开关管组成的三相升压型PWM整流电路如图1所示,本文中的三相PFC在物理上进行解耦,即采用三个单相PFC电路组合构成三相PFC。
图1 三相六管Boost型PFC电路 图2 A相等效电路
单相PFC组合成三相PFC的技术优势是:可以利用比较成熟的单相PFC技术,而且电路由3个单相PFC同时供电,如果某一相出现故障,其余两相仍能继续向负载供电,电路具有冗余特性。为了说明三相六管Boost型PFC电路的工作原理,给出其A相等效电路,如图2所示,电路为半桥Boost结构,若电感电流为正,即输入电压为正半周,则当下桥臂San导通时,相电压加上电容C2的电压对电感充电,输入电流上升;当上桥臂Sap导通时,电感电流通过二极管D1续流,电容C1上的电压和输入电压的差值使电感电流下降;若电感电流为负,即输入电压为负半周时,则当上桥臂Sap导通时,相电压绝对值加上电容C1的电压对电感充电,输入电流上升;当下桥臂San导通时,电感电流通过二极管D2续流,电容C2上的电压和输入电压的差值使电感电流下降;通过对San和Sap的适当控制,可以控制输入电流按给定的参考电流变化,从而实现功率因数校正。B相和C相的工作原理和A相类似。由于三相通过物理解耦,各相电流同时独立控制,可实现较理想的控制性能。该结构的优点是在任意时刻,每相只有一个器件导通,导通损耗低;控制上相互独立,相间干扰小,有利于提高系统性能和可靠性。
3 控制方式
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