单相高功率因数整流器与其控制策略分析

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1、武汉理I．人学硕士学位论文电力电子设备广泛应用以前，人们对谐波及其危害进行了一些研究，但那时因谐波污染还不严重，没有引起足够的重视。近二十年来，各种电力电子装置的迅速普及使得电网的谐波污染日益严重，由谐波引起的各种故障和事故也不断发生，谐波危害的严重性才引起人们高度重视。谐波对电网和其它系统的危害主要有以下几个方面”1：·降低用电效率。谐波使电网中的电器元件发热，产生附加谐波损耗。在三相四线制供电系统中，大量的三次谐波流经中线时会使中线过热，甚至发生火灾。·降低用电设备的寿命。由于谐波引起用电设备发

2、热，使它们的绝缘部分老化，引起使用寿命的降低。·容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振。这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成电容器因过电流而烧坏。·引起一些保护设备的误动作，如继电保护，熔断器等。·导致电气测量仪表计量不准确。·谐波通过电磁感应、静电感应和传导耦合等方式对临近的电子设备和通信系统产生干扰，严重时会导致它们无法正常工作。表1-1国内外功率因数校正的各种标准国家组织标准名称标准类型范围国际1EC6000-3-2A类所有其他系统中国GBl7625．1．2003B类动力工具

3、欧共体EN61000-3-2PrAl4C类照明系统日本JISC61000-3．2D类PC、显示器、电视机为了避免谐波的危害，保持高的电力品质，针对高次谐波不少国家和国际组织制定了限制用电设备谐波的标准。在这些标准当中，被广泛接受的有IEEE519标准和IEC555．2标准等。IEEE519标准是从电网的角度对公共连接点的电压和电流的波形畸变进行限制。IEC555．2标准(1995年修订后为IECl000．3．2)则是对负载产生的谐波进行限制，使负载从电网中吸收的谐波在规定的范围内。我国也有相关的标准

4、颁布，如SDl26．84《电力系统谐波管理暂行规定》，GB／'r14549．93《电能质量公用电网谐波》以及GB／Z17625．4．2000《电磁兼容限值中、高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估》，目前国内外功率因数校正的主要标准如表1-1所示。由于谐波标准的实施，使得电力电子装置的生产2武汉理工人学硕士学位论文厂家不得不采取措施来降低其产品产生的谐波，从而推动了谐波抑制技术的发展。如何消除或降低电力电子装置所产生的谐波是当今电工学领域的热点之一。1．1．3谐波抑制技术为了满足谐波标准的要求，必须对

5、电力电子装置等非线性负载产生的谐波进行治理。目前，谐波抑制可以通过两个途径来实现：一是通过安装补偿装置即滤波器(Filter)来补偿电力电子装置所产生的谐波，补偿装置与非线性负载相互独立，互不影响。该方法是一种被动的补偿方法。另一条途径是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，这是～种主动的方法，如无源功率因数校正、有源功率因数校正技术。这两种方法各有其优点和适用范围，近年来都得到了较快的发展。f1)无源滤波采用无源I_c电力滤波器(PassiveFilter)是谐波抑制的传统方法。该方法结构简

6、单，成本低，容易实现，长期以来在电力系统中广泛应用。其缺点如下：①其针对特定频率滤波，对电网阻抗和频率的变化十分敏感，滤波效果不易保证。②LC滤波器有可能与电网阻抗发生并联谐振，将谐波电流放大，从而导致系统不能正常工作，甚至损坏滤波器。⑨电网中谐波频率范围较宽，补偿时一般要设置多个IC滤波器，使得滤波器体积庞大。(2)有源电力滤波有源电力滤波器(ActivePowerFilter-APF)是--种用于动态抑制谐波和补偿无功的新型电力电子装置，它能对大小和频率均变化的谐波以及无功进行补偿，随着新型电力

7、半导体开关器件的出现及“三相电路瞬时无功功率理论”的提出，极大促进了有源电力滤波器的发展。总之，采用APF是一种很有发展前途的谐波抑制方法。(3)无源功率因数校正无源功率因数校正技术(PassivePowerFactorCorrection-PPFC)是在整流电路中用LC滤波器来增大整流桥导通角，从而降低电流谐波，提高功率因数。同有源功率因数校正技术一样，无源PFC技术是一种积极的谐波抑制方法。无源PFC整流电路具有控制简单、成本低，功率因数可提高至0．7-0．8，电流谐波含量在40％3武汉理工大学

8、硕士学位论文以卜I，在中小功率场合，特别是在需要能量双向传递的场合，无源PFC整流电路具有非常广泛的应用前景。(4)有源功率因数校正有源功率因数校iE(ActivePowerFactorCorrection．APFC)技术是在传统的整流电路中加入有源开关，通过控制有源开关的通断来强迫输入电流跟随输入电压的变化，从丽获得接近正弦波的输入电流和接近于l的高功率因数。APFC技术从80年代开始起步并得到高速发展，目前，单相APFC技术已经比较成熟，单相APFC集成电路在国际