逆變電源系統(tǒng)功率因數(shù)及諧波干擾問題的解決方案

由于對性能要求的不斷提高，特別是當(dāng)前“綠色”電源的呼聲越來越高，現(xiàn)代逆變器系統(tǒng)對功率因數(shù)校正和電流諧波抑制提出的更高的要求。本文對功率因數(shù)校正在現(xiàn)代逆變電源中的應(yīng)用作了簡要介紹。分析比較了幾種帶有PFC功能的逆變器構(gòu)成方案，分析結(jié)果表明帶單級隔離型PFC電路的兩級逆變器具有更高的可靠性，更高的效率和更低的成本。

1 現(xiàn)代逆變電源系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)

隨著各行各業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展和對操作性能要求的提高，許多行業(yè)的用電設(shè)備都不是直接使用通用交流電網(wǎng)提供的交流電作為電能源，而是通過各種形式對其進(jìn)行變換，從而得到各自所需的電能形式?，F(xiàn)代逆變系統(tǒng)就是一種通過整流和逆變組合電路，來實現(xiàn)逆變功能的電源系統(tǒng)。逆變系統(tǒng)除了整流電路和逆變電路外，還要有控制電路、保護(hù)電路和輔助電路等?，F(xiàn)代逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)框圖

現(xiàn)代逆變系統(tǒng)各部分功能如下：

1. 整流電路：整流電路就是利用整流開關(guān)器件，如半導(dǎo)體二極管、晶閘管(可控硅)和自關(guān)斷開關(guān)器件等，將交流電變換為直流電。除此之外，整流電路還應(yīng)具有抑制電流諧波和功率因數(shù)調(diào)整功能。

2. 逆變電路：逆變電路的功能是將直流電變換成交流電，即通過控制逆變電路的工作頻率和輸出時間比例，使逆變器的輸出電壓或電流的頻率和幅值按照人們的意愿或設(shè)備工作的要求來靈活地變化。

3. 控制電路：控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來控制逆變開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變器主電路完成逆變功能。

4. 輔助電路：輔助電路的功能是將逆變器的輸入電壓變換成適合控制電路工作需要的直流電壓。對于交流電網(wǎng)輸入，可以采用工頻降壓、整流、線性穩(wěn)壓等方式，當(dāng)然也可以采用DC-DC變換器。

5. 保護(hù)電路：保護(hù)電路要實現(xiàn)的功能主要包括：輸入過壓、欠壓保護(hù);輸出過壓、欠壓保護(hù);過載保護(hù);過流和短路保護(hù);過熱保護(hù)等。

2 逆變電源系統(tǒng)功率因數(shù)及諧波干擾問題分析

對于逆變器的整流環(huán)節(jié)(AC-DC)，傳統(tǒng)的方法仍采用不控整流將通用交流電網(wǎng)提供的交流電經(jīng)整流變換為直流。雖然不控整流器電路簡單可靠，但它會從電網(wǎng)中吸取高峰值電流，使輸入端電流和交流電壓均發(fā)生畸變。也就是說，大量的電器設(shè)備自身的穩(wěn)壓電源，其輸入前置級電路實際上是一個峰值檢波器，在高壓電容濾波器上的充電電壓，使得整流器的導(dǎo)通角縮短三倍，電流脈沖成了非正弦波的窄脈沖，因而在電網(wǎng)輸入端產(chǎn)生失真很大的諧波峰值干擾，如圖2所示。

(a) 電網(wǎng)輸入端電流和電壓的畸變 (b)峰值電流中的各次諧波分量頻譜

圖2 傳統(tǒng)整流電路輸入端電網(wǎng)電壓和電流失真與諧波干擾分量圖