功率因数校正.doc

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1、中華民國第十九屆電力工程研討會功率因數修正技術應用於切換式電源轉換器PowerFactorCorrectorusedinSwitching-modePowerConverter＊鍾翼能＊黃信凱＊曾國境＊＊洪正瑞＊大葉大學電機工程研究所＊＊南台技術學院電子系-121-中華民國第十九屆電力工程研討會中文摘要關鍵字：功率因數由於電力電子長久以來潛存著低功率因數(lowpowerfactor)的問題，此問題將造成高頻諧波電流干擾以及電力系統的污染等等。因此本研究將在功率因數之問題上做之探討，主要是在AC-to-DC之間加上主動式功率因數矯正器(powerfacto

2、rcorrector)以改善功率因數，使能量有效應用。AbstractKeyword：powerfactor(P.F.)Thelonglastinglowpowerfactor(P.F.)problemwillalsocausethehighfrequencyHarmoniccurrentandthepowersystempollution.ThereforetheP.F.problemwillbediscussedinthisthesisandapowerfactorcorrectorwillbedesignedinoursystem.Thekey-li

3、neisontheAC-to-DC,onwhichactivepowerfactorcorrectorisaddedtoimprovethelowP.F.sothatthepowertobeusedefficiently.一.簡介穩定的能源設備除了能供應系統維持正常的動作外並影響整個系統的特性，再者當今能源短缺急需節約能源潮流驅使下，設計生產高效率的能源設備，減少能源浪費時為眾所追求的目標。並且在電力品質與電力性能(performance)方面也必須有較嚴格的標準，例如：較大的額定功率、較小的雜訊干擾、較理想的能源使用率等等，都是設計電路時必須考慮的問題，

4、而電源轉換器之功率因數則是直接影響上述電路之性能。一般而言提升功率因數主要在解決下列兩項問題︰1.雜訊干擾問題:由於橋式整流所產生之輸入電流為一不規則且不連續之脈動電流，含有大量之高頻諧波因此對於一些電子周邊設備將產生一些不必要之干擾，而這項事實並無法被強調高品質與高性能之電子產品所接受。故為了抑制高頻諧波電流干擾必須利用外加電路來修正輸入電流使其接近正弦，如此方能降低輸入電流中之高頻諧波含量進一步克服雜訊干擾的問題。2.能源浪費的問題：過低的功率因數值若是從能量之觀點來解釋，意味這輸入電流的總諧波失真(TotalHarmonicDistortion,TH

5、D)很高，因此一部傳統式powerconverter從標準插座(StandardOutlet)上所汲取之功率將只有插座上額定功率之五分之三左右[3]，易言之有五分之二的能量消耗在高頻諧波電流上。因此為了提升電源轉換器之輸出額定功率減少能源浪費及雜訊干擾功率因數校正是有其必要的。二.功率因數修正技術一般二極體整流所以會導致低功因，可由以下討論看出，如圖1所示，全橋式整流器二極體只有在電源電壓高於電容電壓才導通，在這些導通期間輸入電流必須供應半週所需之能量，因此其波形呈現高尖之特性，這樣的波形不只含有大量之低次諧波其功率因數也只達0.5~0.7。VsVoidi

6、s圖1全橋式二極體整流器之電路與電流波形-125-中華民國第十九屆電力工程研討會功率因數修正技術大致可分為主動式與被動式兩種方式，如圖2、圖3。被動式主要運用電感與電容等濾波元件來改善輸入電流的波型與相角，主動式[5,6,7]則在二極體整流器後加入一級直流/直流的功率因數矯正器(powerfactorcorrector,PFC)，藉主動開關之動作將輸入之電流修正為正弦波形以達到功率因數為1之目的。圖2被動式PFC電路圖圖3主動式PFC電路圖圖4是以電流濾波為原理的功因修正電路，其中輸入端的電感工作頻率為線頻(50/60赫芝)因為電感可抑制電流之突然變化所以

7、輸入電流會比較平滑這種電路之功因通常小於0.93，圖5則是利用部份平坦之電路架構來改善功率因數其原理乃是利用延長電源電壓大於輸出電壓的範圍，根據二極體導通之條件輸入電流波形將會比較平坦。圖4加入濾波電感之功率因數修正電路圖5加入部份平坦電路之功率因數修正電路由於要符合低諧波高功因之要求通常多採用主動功率因數校正電路以達到改善的目的主動式功率因數的校正策略主要是電流模式(currentmodecontrol,CMC)，也就是直接回授輸入電流並跟隨電流命令(currentcommand)的波形，常見的電流控制模式有三種；平均電流模式(averagecurren

8、tmodecontrol)如圖7、峰值電流模式(peakcurre