三相功率因數(shù)校正技術(shù)研究

摘要：本文采用三相六開關(guān)Boost拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)三相PFC，三相拓?fù)渫ㄟ^物理解耦，增加電路冗余。Saber仿真分析比較了滯環(huán)電流變頻控制和平均電流定頻控制，仿真結(jié)果證明兩種控制方法均能很好地實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正功能。
1 引 言

用電設(shè)備的功率因數(shù)為兩個(gè)因子的乘積：一個(gè)是相移因子，由輸入電流的基波分量和輸入正弦電壓之間存在相位差造成；另一個(gè)是畸變因子，它是輸入電流失真度(THD)的函數(shù)。常規(guī)的整流裝置，由于使用非線性器件，功率因數(shù)低，且諧波電流污染了電網(wǎng)，并導(dǎo)致用電設(shè)備之間的相互干擾。[1] 抑制電力電子裝置產(chǎn)生諧波的方法主要有兩種：一是被動(dòng)方法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或?yàn)V除諧波；另一種是主動(dòng)式的方法，即設(shè)計(jì)新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，即具有功率因數(shù)校正功能。近年來功率因數(shù)校正(PFC)電路得到了很大的發(fā)展，成為電力電子學(xué)研究的重要方向之一。[2]單相功率因數(shù)校正技術(shù)目前在電路拓?fù)浜涂刂品矫嬉讶遮叧墒?，而三相整流器的功率大，對電網(wǎng)的污染更大，因此，三相功率因數(shù)校正技術(shù)的研究很有必要。目前三相PFC拓?fù)溆校簡伍_關(guān)Boost型、單開關(guān)Buck型、六開關(guān)Boost型、六開關(guān)Buck型、單開關(guān)Buck-Boost型，本文對六開關(guān)Boost型PFC電路的工作原理、控制方式等進(jìn)行研究。

2 三相升壓型六開關(guān)PFC電路

PFC主電路采用六只開關(guān)管組成的三相升壓型PWM整流電路如圖1所示，本文中的三相PFC在物理上進(jìn)行解耦，即采用三個(gè)單相PFC電路組合構(gòu)成三相PFC。

圖1 三相六管Boost型PFC電路 圖2 A相等效電路

單相PFC組合成三相PFC的技術(shù)優(yōu)勢是：可以利用比較成熟的單相PFC技術(shù)，而且電路由3個(gè)單相PFC同時(shí)供電，如果某一相出現(xiàn)故障，其余兩相仍能繼續(xù)向負(fù)載供電，電路具有冗余特性。為了說明三相六管Boost型PFC電路的工作原理，給出其A相等效電路，如圖2所示，電路為半橋Boost結(jié)構(gòu)，若電感電流為正，即輸入電壓為正半周，則當(dāng)下橋臂San導(dǎo)通時(shí)，相電壓加上電容C2的電壓對電感充電，輸入電流上升；當(dāng)上橋臂Sap導(dǎo)通時(shí)，電感電流通過二極管D1續(xù)流，電容C1上的電壓和輸入電壓的差值使電感電流下降；若電感電流為負(fù)，即輸入電壓為負(fù)半周時(shí)，則當(dāng)上橋臂Sap導(dǎo)通時(shí)，相電壓絕對值加上電容C1的電壓對電感充電，輸入電流上升；當(dāng)下橋臂San導(dǎo)通時(shí)，電感電流通過二極管D2續(xù)流，電容C2上的電壓和輸入電壓的差值使電感電流下降；通過對San和Sap的適當(dāng)控制，可以控制輸入電流按給定的參考電流變化，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。B相和C相的工作原理和A相類似。由于三相通過物理解耦，各相電流同時(shí)獨(dú)立控制，可實(shí)現(xiàn)較理想的控制性能。該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在任意時(shí)刻，每相只有一個(gè)器件導(dǎo)通，導(dǎo)通損耗低；控制上相互獨(dú)立，相間干擾小，有利于提高系統(tǒng)性能和可靠性。

3 控制方式