【正文】 是指在傳統(tǒng)的不控整流中融入有源器件，使得交流側(cè)電流在一定程度上正弦化，從 而減小裝置的非線性，改變功率因數(shù)的一種高頻整流電路。在實際用電過程中，提高負載的功率因數(shù)是最有效地提高電力資源利用的方式。 (3) 能提高企業(yè)用電設備的利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設備潛力。 (2) 可節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本，減少企業(yè)的電費開支。所以 Pl=R*P./V/cos216。1,發(fā)電機就得不到充分利用。 提高功率因數(shù)的實際意義 對于電力系統(tǒng)中的供電部分 提供電能的發(fā)電機是按要求的額定電壓和額定電流設計的，發(fā)電機長期運行 中，電壓和電流都不能超過額定值，否則會縮短其使用壽命，甚至損壞發(fā)電機。而純電容的電流則超前于電壓 90186。 (5). 調(diào)整生產(chǎn)班次，均衡用電負荷，提高用電負荷率。 提高功率因數(shù)的幾種方法 提高自然因數(shù)的方法： (1). 恰當選擇電動機容量，減少電動機無功消 耗，防止 “大馬拉小車 ”?，F(xiàn)在商業(yè)化的非線性控制芯片有英飛凌公司的一種新的 CCM 的 PFC 控制器，被命名為 ICElPCSOI，是基于一種新的控制方案開發(fā)出來的。 除了軟開關的研究之外，另一個人們關心的研究方向是控制技術(shù)。比較成熟的有 ZVT—Boost， ZV華東交通大學畢業(yè)設計 23 S—Boost， ZCS—Boost 電路等。如圖 所示。該控制方法的突出特點是，無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量 (通常為斬波波形 )的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個開關周期內(nèi)，有效地抑制電源側(cè)的擾動，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差，也沒有暫態(tài)誤差，這種控制技術(shù)可廣泛應用于非線性系統(tǒng)的場合，不必考慮電流模式控制中的人為補償。波形圖如圖 (d)所示。 DCM 采用跟隨器方法具有電路簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，似存在以下缺點： PF 和輸入電壓 Vin 與輸出電壓 V0 的比值有關，即當 Vin變化吋， PF 值也將發(fā)生變化，同時輸入電流波形隨 Vin/Vo 的值的加大而使 THD 變大；開關管的峰值電流大 (在相同容量情況下， DCM 中通過開關器件的峰值電流 為 CCM 的 2 倍 )，從而導致開關管損耗增加。 主要缺點是：控制電路復雜，須用乘法器和除法器，需檢測電感電流，需電流控制環(huán)路。它具有以下優(yōu)點：電路中的電感 L 適用于電流型控制；由于升壓型 APFC 的預調(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、儲能大；在整個交流輸入電壓變化范圍內(nèi)能保持很高的功率因數(shù)；當輸入電流連續(xù)時，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。典型電路如圖 所示。本文主要討論有源功率因數(shù)校正方法。雖然無源功率因數(shù)校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因數(shù)校正電路高，但仍然可以使功率因數(shù)提高到 o． 7~0． 8，因而在中小功率電源中被廣泛采用。 功率因數(shù)校正實現(xiàn)方法 由式 (1)可知，要提高功率因數(shù)有兩個途徑，即使輸入 電壓、輸入電流同相位；使輸入電流正弦化。因此，開關電源必須減小諧波分量，提高功率因數(shù)。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。 可見 PF 由和 cos? 決定。近幾年來，為了符合國際電工委員會 6100032 的諧波準則，功率因數(shù)校正電路正越來越引起人們的注意。 這種 PFCdialup 的特點是：變換器工作在不連續(xù)導電模式、采用電壓 跟隨器控制，可以直接采用常規(guī)的 PWM 調(diào)制，同事提高輸入功率因素和調(diào)節(jié)輸出電壓，控制電路簡單，成本低。 吳敏華：單相電壓型 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)導電模式（ DCM），開關 S 由輸出電壓誤差信號控制，開關周期為常數(shù)。 這種 PFC 技術(shù)的特點是：連續(xù)導電模式（ CCM）、采用乘法器控制、需要引入多個反饋方式控制電路復雜、轉(zhuǎn)換容量大 ,可用于 200W 以上的 PFC 電路。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成正比，從而達到功率因素趨近 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，利用華東交通大學畢業(yè)設計 15 一個乘法器電路來控制正弦參考電流信號，從而得到可以調(diào)整的輸入電壓。從資料上看，近幾年功率因數(shù)校正技術(shù)的研究熱點集中在以下幾個方面： ? 新電路結(jié)構(gòu)的提出； ? 把 DC/DC 變換器中的新技術(shù)應用到 PFC 電路中（如軟開關技術(shù)、開關電容功率網(wǎng)絡等）； ? 新型控制方法以及基于新電路結(jié)構(gòu)的特殊控制方式； ? 單級 PFC 以及穩(wěn)壓開關變換器的穩(wěn)定 性研究。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 卻可以應用于 200W 以上的容量。工作于連續(xù)導電模式時 (CCM),應用乘法器（ Multiplier）式控制電路；工作于不連續(xù)導電模式時（ DCM） ,應用電壓跟隨器（ Voltage Follwoer）式控制電路。 Boost PFC 的優(yōu)點是輸入電流應力小、效率高；而 BuckBoost PFC 輸入電流應力較大，但儲能電容電壓較低，功率因素也高一些，圖 。圖 b是單級式，即使 PFC 和 DC/DC 級合并，共用一個開關管和一套控制電路，同時實現(xiàn)對輸入電流的正弦化和對輸出電壓的調(diào)節(jié)。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式和單級式兩種，如圖 3 所示，其中圖阿是兩級式，即 PFC 級和 DC/DC 級。目前電流模式控制方式有兩種，即“峰值電流”模式控制和“平均電流”模式控制。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，這兩種電路是對偶的。考慮到 這種需要和有源校正DC/DC 變換器的輸入特點，有源校正電路從輸入結(jié)構(gòu)形式來分，又可以分為電感輸入型和電容輸入型兩種。這個階段的注意特點是：校正器采用的是“乘法器（ Multiplier）原理 進 行控制，校正器工作在連續(xù)導電模式（ CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。開關頻率越高，效果越明顯，當開關頻率 Fs? 249HZ 時，即可以使輸入功率因素PF? 。這就是說：所謂的有源功率因素校正電路實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。直流濾波電容的值越大 ? RLCd 的值就越大，功率因素就越低。 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)著主導地位相位控制和斬波控制分別簡稱相控和斬控，把兩種技術(shù)對照學習。 IGBT、電力 MOSFET 等為代表的全控型器件的不斷完善給 PWM 控制技術(shù)提供了強大的物質(zhì)基礎，直流斬波電路實際上就是直流 PWM 電路，是 PWM 控制技術(shù)應用較早也成熟較早的一類電路，應用于直流電動機調(diào)速系統(tǒng)就構(gòu)成廣泛應用的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。若差值 △ ilmin（ △ Ilmin0），則令 Q 關斷，以減小 iL。電流內(nèi)環(huán)的任務是通過控制開關管 Q 的通斷，使實際的電感電流 iL跟蹤其指令值 i*L。?? 39。 式中， a 稱為調(diào)制度， 0≤a1； wr 為信號 波角頻率。圖 為規(guī)則采樣法說明圖。 圖 同步調(diào)制三相 PWM 波形 規(guī)則采樣法 按 SPWM 基本原理，在正弦波和三角波的自然交流電時刻控制功率器件的通斷，這種生成 SPWM 波形的方法稱為自然采樣法。 把 fr 范圍劃分成若干個頻段，每個 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 在切換點附近來回跳動，采 用滯后切換的方法同步調(diào)制比異步調(diào) 制復雜，但用微機控制時容易實現(xiàn) 圖 6 10u cu rU u rV u rWuu UN 39。 PWM 計算法和調(diào)制法 (1)計算法 根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準確計算 PWM 波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關器件的通斷，就可得到所需 PWM 波形繁瑣，當輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化 。由直流電源產(chǎn)生的 PWM 波通常是等幅 PWM 波。對于正弦波的負半周，也可以用同樣的方法得到 PWM 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，使矩形脈沖的中點和相應正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖相應的正弦波部分面積相等，就得到圖 b 所示的脈沖序列。上述原理可以稱之為面積等效原理，它是 PWM 控制技術(shù)的重要理論基礎。該輸入加在可以看出慣性環(huán)節(jié)的 RL 電路上，設其電路 i(t)為電路的輸出，圖 給出了不同的窄脈沖時 i(t)的波形。其中如 為矩形脈沖，圖 為三角形脈沖，圖 為正弦半波脈沖，但它們的面積 都等于 1,，那么，當它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應基本相同。 PWM 控制原理和應用 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 華東交通大學畢業(yè)設計 5 在采樣控制理論中有一個重要結(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，其效果基本相同。 (3)研究以前的論文，來改進研究內(nèi)容，最后驗證整流任務，看是否達到了目的。同時，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)。此 DSP 高達 60MHZ 的頻率，使其能滿足系統(tǒng)對于實時性的要求。倍流整流方式則可以克服上述缺點。其副邊的整流電路形式主要有：全橋、全波、倍流等方式。專家評估認為，與發(fā)達國家相比，我國在應用基礎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、先進檢測設備、工人素質(zhì)、持續(xù)創(chuàng)新能力和公司體制等綜合實力方面的差距約為 10~15 年；特別是對電源產(chǎn)品和裝置性能有極其重要影響的新型場控器件的芯片制造技術(shù)，目前還處于非常落后的狀態(tài)。 20MVA 靜止無功發(fā)生器工業(yè)試驗樣機，獲國家科技進步二等獎； 通過專家鑒定的磁懸浮概念車的研究取得階段性成果；在交流勵磁發(fā)電的研究方面也獲得良好的進展。電力電子技術(shù)取得快速發(fā)展正值 80 年代后期，隨著以計算機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斷功能的器件，形成了一個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。業(yè)界認為，電力電子技術(shù)快速 發(fā)展的物質(zhì)基礎源于電力電子器件的發(fā)展。由此在交流傳動及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應用。 PWM 控制技術(shù) 一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一。 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。所以說 20 世紀80 年代是 Boost 功率因素校正年代。同時也調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位 ,實現(xiàn)能量在交流側(cè)和直流側(cè)的雙向流動 ,并使變流裝置獲得良好的功率因數(shù)。最后建立其 Matlab 的仿真模型 ,驗證了設計的正確性。這個階段的注意特點是：校正器采用的是 “乘法器（ Multiplier）原理進行控制，校正器工作在連續(xù)導電模式（ CCM）可以獲得較大的功率轉(zhuǎn)換容量。通過對 PWM 整流電路進行有效的控制 ,選擇合適的工作模式和工作時序 ,從而調(diào)節(jié)了交流側(cè)電流的大小和相位 ,使之接近正弦波并與電網(wǎng)電壓同相或反相 ,不但有效地控制了電力電子裝置的諧波問題 ,同時也使得變流裝置獲得良好的功率因數(shù)；同時 PWM 控制主要用于逆變電路，主要采用電流滯環(huán)法 控制，這種控制電路主要是硬件電路簡單，經(jīng)濟，而且對電壓的利用率高，對網(wǎng)側(cè)污染少，提高了功率因素。 196