【正文】 唯一辦法。例如：當(dāng) cos216。為了最大程度利用發(fā)電機(jī)的容量，就必須提高其功率因數(shù)。電容中的電流與電感中的電流相差 180186。 (2). 對(duì)平均負(fù)荷小于其額定容量 40%左右的輕載電動(dòng)機(jī)，可將線圈改為三角形接法（或自動(dòng)轉(zhuǎn)換）。曰前最為常用的控制方法是平均電流控制， CCM／ DCM 臨界控制和滯后控制 3 種方法。對(duì) Boost PFC 前置級(jí)研究的熱點(diǎn)有兩個(gè)，一是功率電路進(jìn)一步完善，二是控制簡(jiǎn)單化。 (3)其他控制方法 非線性載波控制 (NLC)不需要采樣電壓，內(nèi)部電路作為乘法器，即載波發(fā)生器為電流控制環(huán)產(chǎn)生時(shí)變參考信號(hào)。 型 工作頻率可變，電流達(dá)到滯后帶內(nèi)發(fā)生功率開關(guān)通與斷操作，使輸入電流上升、下降。 圖 反激式 變換器 (Boost) 簡(jiǎn)單電流型控制，戶 F 值高，總諧波失真 (THD)小，效率高，但是輸出電壓高于輸入電壓。有源功率因數(shù)校正電路自上世紀(jì) 90 年代以來得到了迅速推廣。提高功率因數(shù)對(duì)于降低能源消耗，減小電源設(shè)備的體積和重量，縮小導(dǎo)線截面積，減弱電源設(shè)備對(duì)外輻射和傳導(dǎo)干擾都具有重大意義。 cos? 低，則表示用電電器設(shè)備的無(wú)功功率大，設(shè)備利用率低，導(dǎo)線、變壓器繞組損耗大。 電壓跟隨器有以下的缺點(diǎn)： ? 只適合 200W 以下功率容量； ? 輸入電流波形為脈動(dòng)三角波，因此其前端需加一個(gè)小濾波電容以消除高頻紋波； ? 具有較高的開關(guān)峰值電流，這會(huì)帶來較大的開關(guān)關(guān)斷損耗。 U低 通 濾 波器 V DC dLU r+ U d oI rS 乘 法 器R L 圖 典型的乘法器方式 PFC 電路 電壓跟隨器功率因素校正技術(shù)，為了研究適合 200W 以下小功率容量的 PFC 電路，20 世紀(jì) 80 年代末，由 Doc、 首先提出了利用不連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM） 進(jìn)行功率因素校正的概念，出現(xiàn)了功率因素電壓跟隨器 PFC 技術(shù)?，F(xiàn)有的功率因素校正技術(shù)給整流電路設(shè)備帶來的附加成本和氣復(fù)雜性，極大地限制著這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此降低成本、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)‘具有軟開關(guān)性能’響應(yīng)速度快、低輸出紋波的單級(jí)隔離高功率因素是目前研究人員追求的目標(biāo)，可以相信，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率因素校正技術(shù)會(huì)越來越完善，應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛。 單 相或 三相 整流 器P F C D C / D C單 相或 三相 輸入+P F C控 制 器D C / D C控 制 器U d o+U i ni i n a） 吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 14 單 相或 三相 整流 器單 相或 三相 輸入D C / D C 控 制 器U d o+U i ni i n P F C amp。由于控制電路主要是用來調(diào)節(jié)輸出電壓，因此輸入電流正弦化的程度就差，但電路要比兩級(jí)式簡(jiǎn)單很多。仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，峰值電流模式對(duì)功率因素校正整流器的動(dòng)態(tài)性能有不利的影響，二平均電流模式則能成功地解決上述問題。所謂電感輸入型，就是用電感 L 作為輸入的電路，這類電路的典型代表是 Boost 有源功率因素校正電路，它主要用于電壓型逆變器。 功率因數(shù) 校正（ PFC）技術(shù)誕生與 20 世紀(jì) 80 年代，它采用的是高頻開關(guān)工作方式，具有體積小，重量輕，效率高，輸入功率因素接近１的有點(diǎn)，因而受到了人們的關(guān)注。所以，為了提高整流器的輸入功率因素，和電壓跟隨器 PFC 電路相同，必須用有源校正電路吧整流器與直流濾波電容隔開，這就要求有源校正電路必須是 DC/DC 變換器，為了保證輸入電流正弦化并跟蹤輸入電壓，使它們的波形相同，相位差等于零，有源校正電路又必須是可控的；為了更有效地使輸入電流正弦化，是輸出功率差與輸入功率在每一瞬間都相等，有源校正電路又必須工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。 控制技術(shù)用于交流 — 交流變流電路 斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是 PWM 控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的代表，目前其應(yīng)用都還不多，但矩陣式變頻電路因其容易實(shí)現(xiàn)集成化，可望有良好的發(fā)展前景。此處采用滯環(huán)控制方法。從圖 612 得因此可得 ： 三角波一 周期內(nèi) ， 脈沖兩邊間隙寬度 ： 圖 規(guī)則采樣法 PWM 跟蹤控制技術(shù) 把希望輸出的波形作為指令信號(hào)，把實(shí)際波形作為反饋信號(hào)，通過兩者的瞬時(shí)值比較來 ,決定逆變電路各開關(guān)器件的通斷，使實(shí)際的輸出跟蹤指令信號(hào)變化。自然采樣法是最基本的方法，所得到的 SPWM波形很接近正弦波。 (2)調(diào)制法 輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的 PWM 波 通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合 PWM 的要求，調(diào)制信號(hào)波為正 弦波時(shí)，得到的就是SPWM 波 。像這種脈沖的寬度按正弦波規(guī)律變化和正弦波等效的 PWM 波形， 也稱為 SPWM 波形。 下面分析如何用一系列等副不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦波。當(dāng)窄脈沖變?yōu)閳D 的單位脈沖函數(shù) ??(t))時(shí)，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。 吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 4 2 PWM 控制技術(shù) PWM 簡(jiǎn)介 PWM 的全稱是 Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。 12 位 AD 轉(zhuǎn)換器保證了較高的精度。全橋 方式應(yīng)用于輸出電壓較高的場(chǎng)合。目前電力電子行業(yè)還開展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究，包括電力電子系統(tǒng)的積木式集成技術(shù)、具有獨(dú)立電源的多電平拓?fù)潆娐?、具有超?dǎo)儲(chǔ)能的并聯(lián)型 UPS、多電平軟開關(guān)技術(shù)、鐵道供電系統(tǒng)的電流諧波抑制和功率因數(shù)改善、逆變器無(wú)線均流技術(shù)、電能質(zhì)量綜合調(diào)節(jié)器、直流側(cè)諧波抑制的 PWM 控制策略等。從 1947 年第一只晶體管誕生之日起，半導(dǎo)體器件及相應(yīng)的變流裝置在世界范圍內(nèi)很快發(fā)展起來，從而產(chǎn)生了半導(dǎo)體固態(tài)電子學(xué)。 1964年 和 er 首先提出把這項(xiàng)通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動(dòng)中，從此為交流傳動(dòng)的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。這個(gè)階段的注意特點(diǎn)是：校正器采用的是 “乘法器（ Multiplier）原理進(jìn)行控制，校正器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（ CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。同時(shí)也調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位 ,實(shí)現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向流動(dòng) ,并使變流裝置獲得良好的功率因數(shù)。 PWM 整流電路是采用脈寬調(diào)制技術(shù)和全控型器件組成的整流電路 ,能有效地解決傳統(tǒng)整流電路存在的問題。由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。電力電子技術(shù)取得快速發(fā)展正值 80 年代后期，隨著以計(jì)算機(jī)為核心的微電子技術(shù)與電力電 子技術(shù)的高電壓、大電流技術(shù)的發(fā)展與結(jié)合，一方面誕生了多種具有自關(guān)斷功能的器件，形成了一個(gè)新型的全控型電力電子器件家族；另一方面又涌現(xiàn)了一批多功能的控制模塊。專家評(píng)估認(rèn)為，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)在應(yīng)用基礎(chǔ)研究深度方面的差距至少為5~10 年；在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、工人素質(zhì)、持續(xù)創(chuàng)新能力和公司體制等綜合實(shí)力方面的差距約為 10~15 年；特別是對(duì)電源產(chǎn)品和裝置性能有極其重要影響的新型場(chǎng)控器件的芯片制造技術(shù)，目前還處于非常落后的狀態(tài)。倍流整流方式則可以克服上述缺點(diǎn)。同時(shí)，為防止可能出現(xiàn)的積分飽和的情況，在算法中加入了抗飽和環(huán)節(jié)。 PWM 控制原理和應(yīng)用 PWM 控制的基本原理 f ( t )?? ( t )tOa ) b ) c ) d )tOtOtOf ( t )f ( t )f ( t ) 圖 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 在采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。該輸入加在可以看出慣性環(huán)節(jié)的 RL 電路上，設(shè)其電路 i(t)為電路的輸出，圖 給出了不同的窄脈沖時(shí) i(t)的波形。如果把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等副而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖相應(yīng)的正弦波部分面積相等，就得到圖 b 所示的脈沖序列。由直流電源產(chǎn)生的 PWM 波通常是等幅 PWM 波。 把 fr 范圍劃分成若干個(gè)頻段，每個(gè) 頻段內(nèi)保持 N 恒定，不同頻段 N 不 同，在 fr 高的頻段采用較低的 N， 使載波頻率不致過高在 fr 低的頻段 采用較高的 N，使載波頻率不致過低 為防止 fc 在切換點(diǎn)附近來回跳動(dòng)，采 用滯后切換的方法同步調(diào)制比異步調(diào) 制復(fù)雜，但用微機(jī)控制時(shí)容易實(shí)現(xiàn) 圖 6 10u cu rU u rV u rWuu UN 39。圖 為規(guī)則采樣法說明圖。?? 39。若差值 △ ilmin（ △ Ilmin0），則令 Q 關(guān)斷，以減小 iL。 PWM 控制技術(shù)與相位控制技術(shù) 以相控整流電路和交流調(diào)壓電路為代表的相位控制技術(shù)，電力電子電路中仍占據(jù)著重要地位，以 PWM 控制技術(shù) 為代表的斬波控制技術(shù)正在越來越占據(jù)著主導(dǎo)地位相位控制和斬波控制分別簡(jiǎn)稱相控和斬控，把兩種技術(shù)對(duì)照學(xué)習(xí)。這就是說：所謂的有源功率因素校正電路實(shí)際上就是就是接在整流器與直流濾波電容之間的，采用 PWM 控制的 Buck、 Boost、BuckBoost、 Cuk,Sepic、 Zeta 等 DC/DC 變流器。這個(gè)階段的注意特點(diǎn)是：校正器采用的是“乘法器（ Multiplier）原理 進(jìn) 行控制，校正器工作在連續(xù)導(dǎo)電模式（ CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。電感輸入型與電容輸入型 PFC電路的組成如圖 所示，其中圖 a為電感輸入型，圖 b為電容輸入型，這兩種電路是對(duì)偶的。就功率因素校正器本身的結(jié)構(gòu)而言，功率因素校正器有可以分為兩級(jí)式和單級(jí)式兩種，如圖 3 所示，其中圖阿是兩級(jí)式，即 PFC 級(jí)和 DC/DC 級(jí)。 Boost PFC 的優(yōu)點(diǎn)是輸入電流應(yīng)力小、效率高；而 BuckBoost PFC 輸入電流應(yīng)力較大，但儲(chǔ)能電容電壓較低，功率因素也高一些，圖 。但是從校正器變換的功率容量來說，前者只適合與 200W 以下的容量，而工作在 CCM 模式的乘法器方式的 PFC 卻可以應(yīng)用于 200W 以上的容量。電感電 流被采樣并被控制，使其幅值與輸入電壓相位相同的正弦波參考信號(hào)成正比，從而達(dá)到功率因素趨近 1 的校正目的；乘法器方式 PFC 電路還可以根據(jù)輸出電壓反饋信號(hào)，利用華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 一個(gè)乘法器電路來控制正弦參考電流信號(hào)，從而得到可以調(diào)整的輸入電壓。 吳敏華：?jiǎn)蜗嚯妷盒?PWM 整流 16 UR L低 通 濾 波器V DC dL rU r+ U d oSP W M控 制 器C f+L 圖 電壓跟隨器 Boost PFC 電路 . 此電路工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM），開關(guān) S 由輸出電壓誤差信號(hào)控制，開關(guān)周期為常數(shù)。近幾年來，為了符合國(guó)際電工委員會(huì) 6100032 的諧波準(zhǔn)則，功率因數(shù)校正電路正越來越引起人們的注意。從而產(chǎn)生大量諧波電流成分，而諧波電流不做功，只有基波電流做功，功率因數(shù)很低。 功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法 由式 (1)可知，要提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑，即使輸入 電壓、輸入電流同相位；使輸入電流正弦化。本文主要討論有源功率因數(shù)校正方法。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：電路中的電感 L 適用于電流型控制；由于升壓型 APFC 的預(yù)調(diào)整作用在輸出電容器 C 上保持高電壓，所以電容器 C 體積小、儲(chǔ)能大；在整個(gè)交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)；當(dāng)輸入電流連續(xù)時(shí)，易于 EMI 濾波；升壓電感 L 能阻 止快速的電壓、電流瞬變，提高了電路工作可靠性。 DCM 采用跟隨器方法具有電路簡(jiǎn)單、易于