U1为输入电压基波有效值;γ为输入电流的波形畸变因数;cosф1为基波电压和基波电流的位移因数。可见,功率因数由输入电流的波形畸变因数γ以及基波电压和基波电流的位移因数cosф1决定。从上式可见,抑制谐波分量即可达到减小γ 提高功率因数的目的。因此,可定性的说谐波的抑制电路就是功率因数校正电路。
如何抑制和消除谐波对公共电网的污染、提高功率因数已成为当今国内外电源界研究的重要课题。PFC技术用到新型开关电源中,已成为新一代开关电源的主要标志之一。
1. 不良功率因数的成因
由PF=γcosф1知,PF值有以下两个因素决定:一是相控整流电路中输入基波电压与输入基波电流的相位差ф1,二是开关整流电路中输入电流的波形畸变因数γ。
2.开关电源功率因数
常规电源功率因数低的根源是整流电路后面的滤波电容使输出电压平滑,但却使输出电流变为尖脉冲。而当整流电路后面不加滤波电容,仅为电阻性负载时,输入电流即 为正弦波,并且与电源电压同相位,功率因数为1。因此,功率因数校正电路的基本思想是将整流电路与滤波电容隔开,使整流电路与电容性负载变为电阻性负载。
谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,将各次谐波有效值与基波电流有效值的比值称为总波形畸变(Total Harmonic Distortion,THD),THD用来衡量电网的污染程度。
2.2.2功率因数校正
1. 功率因数校正的基本原理
功率因数校正电路基本上是一个AC/DC变换器。一个标准的变换器利用脉冲波宽度调变(Pulse Width Modulation)技术来调整输入功率的大小,以供应适当的负载所需的功率。脉冲波宽度调变器控制切换开关将直流输入电压变成一串电压脉冲波,随后利用变压器和快速二极管将其转成平滑的直流电压输出。这个直流电压随即与一个参考电压进行比较,所产生的电压差回馈至PWM控制器。这个误差电压信号用来改变脉冲波宽度的大小,如果输出电压过高,脉冲波宽度会减小,进而使输出电压降低,以使输出电压恢复至正常输出。
PFC电路也是利用这个方法,但是加入了一个更先进的元件,使得来自交流电源的电流是一个正弦波并与交流电压同相位。此时误差电压信号的调变是由整流后的交流电压和输出电压的变化来控制的,最后误差电压信号回馈PWM控制器。即当交流电压较高时,PFC电路就从交流电源吸取较多的功率;反之,若交流电压较低,则吸取较少的功率,如此可以抑制交流电流谐波的产生。
2. 常用功率因数校正方法
(1) 多脉冲整流法。它的基本思想是利用变压器对各次不同谐波电流进行移相,使奇次谐波在变压器次级相互叠加而取消。这种方法在变压器负载平衡的情况下对减小输入端的低次谐波是有效的。
(2) 无源滤波法。在电路的整流器和电容之间串联一个滤波电感,或在交流侧接入一个谐振滤波器。其主要优点是电路简单,成本低,可靠性高,电磁干扰小;主要缺点是尺寸大,重量大,难以得到高功率因数,工作性能与频率、负载变化及输入电压有关。这种方法对抑制高次谐波有效,但滤波设备庞大,而且运行情况受系统阻抗的影响,若不使用调谐电抗器,很可能与系统电抗产生并联谐振。由于此法结构简单,目前还常使用。
(3) 有源功率因数校正法。它直接采用有源开关或AC/DC变换技术,使输入电流成为和电网电压同相位的正弦波。这种方法的主要优点是:可得到较高的功率因数,总谐波畸变小,可在较宽的输入电压范围内和宽带下工作,体积小,重量轻,输出电压也可保持恒定。主要缺点是:电路复杂,成本较高,效率会有所降低等。有源功率因数校正器已广泛用在AC/DC开关电源、交流不间
如何抑制和消除谐波对公共电网的污染、提高功率因数已成为当今国内外电源界研究的重要课题。PFC技术用到新型开关电源中,已成为新一代开关电源的主要标志之一。
1. 不良功率因数的成因
由PF=γcosф1知,PF值有以下两个因素决定:一是相控整流电路中输入基波电压与输入基波电流的相位差ф1,二是开关整流电路中输入电流的波形畸变因数γ。
2.开关电源功率因数
常规电源功率因数低的根源是整流电路后面的滤波电容使输出电压平滑,但却使输出电流变为尖脉冲。而当整流电路后面不加滤波电容,仅为电阻性负载时,输入电流即 为正弦波,并且与电源电压同相位,功率因数为1。因此,功率因数校正电路的基本思想是将整流电路与滤波电容隔开,使整流电路与电容性负载变为电阻性负载。
谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,将各次谐波有效值与基波电流有效值的比值称为总波形畸变(Total Harmonic Distortion,THD),THD用来衡量电网的污染程度。
2.2.2功率因数校正
1. 功率因数校正的基本原理
功率因数校正电路基本上是一个AC/DC变换器。一个标准的变换器利用脉冲波宽度调变(Pulse Width Modulation)技术来调整输入功率的大小,以供应适当的负载所需的功率。脉冲波宽度调变器控制切换开关将直流输入电压变成一串电压脉冲波,随后利用变压器和快速二极管将其转成平滑的直流电压输出。这个直流电压随即与一个参考电压进行比较,所产生的电压差回馈至PWM控制器。这个误差电压信号用来改变脉冲波宽度的大小,如果输出电压过高,脉冲波宽度会减小,进而使输出电压降低,以使输出电压恢复至正常输出。
PFC电路也是利用这个方法,但是加入了一个更先进的元件,使得来自交流电源的电流是一个正弦波并与交流电压同相位。此时误差电压信号的调变是由整流后的交流电压和输出电压的变化来控制的,最后误差电压信号回馈PWM控制器。即当交流电压较高时,PFC电路就从交流电源吸取较多的功率;反之,若交流电压较低,则吸取较少的功率,如此可以抑制交流电流谐波的产生。
2. 常用功率因数校正方法
(1) 多脉冲整流法。它的基本思想是利用变压器对各次不同谐波电流进行移相,使奇次谐波在变压器次级相互叠加而取消。这种方法在变压器负载平衡的情况下对减小输入端的低次谐波是有效的。
(2) 无源滤波法。在电路的整流器和电容之间串联一个滤波电感,或在交流侧接入一个谐振滤波器。其主要优点是电路简单,成本低,可靠性高,电磁干扰小;主要缺点是尺寸大,重量大,难以得到高功率因数,工作性能与频率、负载变化及输入电压有关。这种方法对抑制高次谐波有效,但滤波设备庞大,而且运行情况受系统阻抗的影响,若不使用调谐电抗器,很可能与系统电抗产生并联谐振。由于此法结构简单,目前还常使用。
(3) 有源功率因数校正法。它直接采用有源开关或AC/DC变换技术,使输入电流成为和电网电压同相位的正弦波。这种方法的主要优点是:可得到较高的功率因数,总谐波畸变小,可在较宽的输入电压范围内和宽带下工作,体积小,重量轻,输出电压也可保持恒定。主要缺点是:电路复杂,成本较高,效率会有所降低等。有源功率因数校正器已广泛用在AC/DC开关电源、交流不间
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