三相功率因数PFC技术的综述.ppt
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1、杨成林 陈敏 徐德鸿 2003.11 题目: 浙江大学电气工程学院 1 背景: 电力电子装置多数通过整流器与电力网接口 ,经典的整流器是由二极管或晶闸管组成的 一个非线性电路,在电网中产生大量电流谐 波和无功污染了电网,成为电力公害,电力 电子装置已成为电网最主要的谐波源之一。 我国国家技术监督局在1994年颁布了电能质量公用 电网谐波标准(GB/T 14549-93) 。 国际电工学会也于1988年对谐波标准IEC 555-2进行 修正,欧洲制定IEC1000-3-2标准,传统整流器一般 不符合新的规定;因此,传统整流器将面临前所未有 的挑战。 2 IEC 61000-3-2A类标准 奇次
2、谐波次数最大允许的谐波电流值(A) 32.30 51.14 70.77 90.40 110.33 130.21 n=15 至 390.15*15/n 偶次 21.08 40.43 60.30 n=8 至 400.23*8/n 注:表中n为谐波次数 3 抑制谐波的两种主要方法 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 。 主动式方法,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。 4 三相六开关PFC主电路 主电路图 电路工作原理: 以A相为例,当A相电压为正时,S4导 通使La上电流增大,电感La充电;S4 关断时,电
3、流ia通过与S1并联的二极管 流向出端,电流减小。同样A相电压为 负时,可通过S1及与S4并联的二极管 对电流ia进行控制。 5 三相六开关PFC控制电路 常用的PWM控制 控制电路由电压外环、电 流内环及PWM发生器构成。 PWM控制可采用三角波 比较法、滞环控制或空间矢量 调制法(SVM)。 6 三相六开关PFC特点 优点: 输入电流的THD小,功率因数为1,输出 直流电压低,效率高,能实现功率的双向传 递,适用于大功率应用。 缺点: 使用开关数目较多,控制复杂,成本高 ,而且每个桥臂上两只串联开关管存在直通 短路的危险,对功率驱动控制的可靠性要求 高。 7 三相单开关PFC电路 三相单开
4、关PFC电 路及其控制框图 三相单开关PFC电路可以看成 是单相电流断续(DCM)Boost PFC在三相电路中的延伸。 8 三相单开关PFC工作原理 在T1期间开关导通,电流ia,ib,ic线性 增加 (设VcVb0)。 T2期间开关关断,ia,ib,ic在输出电压和 相电压的共同作用下开始减小,最后ib减小到 零,T2期间结束 。 ia,ic同时回到零,T3阶段结束。 在T4期间三个Boost电流保持为零。 输入电感上的电流波形 9 各阶段等效电路 T1 T2 T3 T4 10 工作阶段电流表达式 T1T2T3 电感电流的平均值 表达式 11 电感电流波形 电感电流波形图 电感上电流平均值
5、 因为开关频率高(与工频相比), 可以用电感上电流平均值近似虑去调 频后的实际电流。 12 电流波形与升压比的关系 电流波形 分析: 升压比M越大,可以缩短一个开关 周期内输入电流平均值与输入电压 瞬时值的非线性阶段T2和T3,因而 可以减小电流畸变。 从图可知,升压比M越 大,电流波形正弦度越好。 M2 M2.5 M3 M3.5 13 电流谐波与升压比的关系 5次7次 11次 13次 升压比M越大,各次谐 波含量越小。 14 三相单开关PFC特点 缺点: 从上面的分析可知:为了减小网侧输入电流的畸变就 要提高输出电压值,这就增大了开关管承受的电压,也增 加了后面DC/DC变换器的电压耐量,也
6、给Boost二极管的 选择带来困难。 由于电流工作在DCM下,输入侧的电流THD值大,并 需要有较大的EMI滤波器。 优点: 仅使用一只开关管,控制容易。 由于电路工作在DCM下,Boost二极管Ds不存在反向恢 复问题,一般情况下可以不使用吸收电路。 开关在零电流下导通,开关开通损耗小。 系统成本低。 15 三相单开关PFC谐波注入法 为了减小输出电压值和输入电流 的THD值,可以使用注入谐波的方法 来实现开关管的脉宽微调,从而减小 电流THD值。谐波注入法主要是通过 注入6次谐波来抑制输入电流谐波。 谐波注入法主电路 及其控制框图 16 谐波注入法原理 6次谐波注入使开关导通比变为: d(
7、t)=D1+msin(6t+3/2) m为 调节参数,0m1。 输入电流谐波中五次谐 波占主导地位,电感电 流的平均值表达式中略 去5次以上谐波时,三 相电流可近似为 d(t)=D1+msin(6t+3 /2) 代入电感电流的 平均值表达式中并忽 略m2和高于7次的谐波 17 谐波注入法与固定占空 比各次谐波比较 A 谐波次数 固定占空比 IEC610003 2A类标准 谐波注入法 d(t)=D1+msin(6t +3/2) m4% 注入6次谐波时,可以减小5次谐 波,但同时也增大了7次谐波 。 18 谐波注入法与固定占空比 THD比较 固定占空比 谐波注入法 d(t)=D1+msin(6t
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