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        淺析單相橋式整流電路的功率因數(shù)校正

        2019-04-04 00:55:30王國(guó)亮
        科學(xué)與財(cái)富 2019年4期

        王國(guó)亮

        摘? 要:開關(guān)電源自誕生以來,以巨大的優(yōu)勢(shì)廣泛的應(yīng)用在人們的工作和生活中。但由于開關(guān)電源的非線性和低功率因數(shù),給電網(wǎng)注入大量的諧波電流,導(dǎo)致輸入電流的波形發(fā)生嚴(yán)重畸變,以至于電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重。首先,本文從理論上研究分析了整流電路和功率因數(shù)校正技術(shù)的工作原理,以單相橋式不可控整流電路為例,對(duì)其進(jìn)行整流和功率因數(shù)校正。通過簡(jiǎn)單的無源功率因數(shù)校正和采用平均電流控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Boost型的有源功率因數(shù)校正技術(shù),進(jìn)行功率因數(shù)校正,從而達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。其次,通過MATLAB/Simulink仿真平臺(tái),分析了在加入和未加入功率因數(shù)校正電路時(shí),交流側(cè)電流中的諧波含量,將前后的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比,結(jié)果表明,無源的功率因數(shù)校正雖然提高了功率因數(shù),但THD(Total Harmonic Distortion,諧波失真度)仍然很高,而有源功率因數(shù)校正不但提高了功率因數(shù)而且諧波失真度很低,取得很好的效果,驗(yàn)證了本文理論分析的正確性。最后,利用MATLAB軟件中的powergui模塊,實(shí)現(xiàn)了諧波含量數(shù)據(jù)的可視化。

        關(guān)鍵詞:開關(guān)電源;橋式整流電路;功率因數(shù)校正;仿真分析

        1 PFC技術(shù)原理及其控制方法

        1.1 PPFC技術(shù)主電路的工作原理

        傳統(tǒng)的PFC電路由整流橋后的濾波電感和整流橋后的濾波電容構(gòu)成的一個(gè)無源功率因數(shù)校正電路,無源功率因數(shù)校正電路通過LC濾波消除電流的高次諧波,從而達(dá)到提高開關(guān)電源功率因數(shù)的目的。

        1.2APFC的主電路原理圖

        平均電流控制的原理圖如圖1.1所示。

        如圖1.1所示為單相橋式不可控APFC電路是在單相橋式不可控整流和負(fù)載之間增加一個(gè)DC/DC功率變換電路,采用的是Boost電路。通過適當(dāng)?shù)目刂艬oost電路中開關(guān)管的通斷,將整流器的輸入電流校正成為與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波,消除諧波和無功電流,將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1。

        2 系統(tǒng)的仿真

        2.1 無PFC功能的整流電路仿真結(jié)果與分析

        (1) MATLAB仿真得到的輸入電流及輸出電壓波形如圖2.1所示。

        (2) 輸入電流波形的諧波分析如圖2.2所示。

        由圖2.1可以看出不加入功率因數(shù)校正電路時(shí),輸入電流產(chǎn)生的嚴(yán)重的畸變,輸入電流波形幾乎為尖峰波,電流相位與電壓相差很大,由圖2.2的諧波分析可以看到,電流波形的諧波含量很大,而且其失真度很大高達(dá)103%,經(jīng)過計(jì)算得到功率因數(shù)為0.48,功率因數(shù)很低。

        2.2 加入功率因數(shù)校正時(shí)的仿真結(jié)果與分析

        2.2.1 仿真結(jié)果

        (1) 無源功率因數(shù)校正時(shí)電路輸入電流波形如圖2.3所示。

        (2) 無源功率因數(shù)校正時(shí)電路的輸入電流的諧波分析如圖2.4所示。

        由圖2.3可以看出加入無源功率因數(shù)校正電路時(shí),輸入電流產(chǎn)生的畸變得到了一定的改善,但輸入電流波形仍然不接近正弦波,經(jīng)過功率因數(shù)的計(jì)算得到其功率因數(shù)為0.76,功率因數(shù)較未加入時(shí)提高了,但是由圖2.4的諧波分析看到,雖然功率因數(shù)提高了,但諧波含量仍然很高,且諧波失真度為55.24%,從前面的計(jì)算看出功率因數(shù)雖然提高了,但是其輸出是一種脈沖波,其對(duì)開關(guān)電源的損害很大。

        (3) 有源功率因數(shù)校正時(shí)電路輸入電流波形如圖2.5所示。

        (4) 有源功率因數(shù)校正時(shí)電路輸入電流波形的諧波分析如圖2.6所示。

        由圖2.5可以看出加入了有源功率因數(shù)校正時(shí),輸入電流與輸入電壓同相位,且輸入電流接近于正弦波,諧波含量明顯減小。由圖2.6可以知道加入功率因數(shù)校正時(shí)的, 經(jīng)過計(jì)算功率因數(shù)達(dá)到0.993,接近于1。

        結(jié)論

        (1) 通過對(duì)開關(guān)電源、功率因數(shù)校正和諧波知識(shí)等知識(shí)的學(xué)習(xí)研究,確定了有源功率因數(shù)校正是提高功率因數(shù)和減小諧波污染的有效途徑。

        (2) 經(jīng)過仿真調(diào)試得到了較好的仿真波形,加入有源功率因數(shù)校正之后電流波形基本變?yōu)檎也ǎ茈S電壓波形變換,諧波成分含量很小,功率因數(shù)得到了提高,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的電路的正確性。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]賁洪奇,張繼紅,劉桂花.開關(guān)電源中的有源功率因數(shù)校正技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010:1-48.

        [2]馬暖.開關(guān)電源的APFC電路的設(shè)計(jì)與研究[D].蘭州:蘭州交通大學(xué),2012:5-44.

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