有源功率因數(shù)校正技術(shù)

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有源功率因數(shù)校正技術(shù)

在20世紀(jì)80年代中后期，電源適配器有源功率因數(shù)校正技術(shù)（APFC）引起了國內(nèi)外許多學(xué)者的重視，進行了許多專題研究并取得大量成果。這些成果主要集中在PFC的原理、方法、電路拓撲、控制技術(shù)等方面。本章將較為系統(tǒng)地介紹這些成果。有源功率因數(shù)校正通過有源電路（主動電路）讓輸入功率因數(shù)提高，控制開關(guān)器件讓輸入電流波形跟隨輸入電壓波形，相對于無源功率因數(shù)校正電路（被動電路）通過加電感和電容要復(fù)雜一些，功率因數(shù)的改善要好些，但成本要高一些，可靠性也會降低。

AC/DC變換器輸入電流的諧波分量

脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波，一方面使諧波噪聲水平提高，同時在AC-DC整流電路的輸入端必需增加濾波器，既貴，體積、重量又龐大、笨重。如圖所示，在含有AC/DC變換器的電力電子裝置中，DC/DC變換器或DC/AC變換器的供電電源適配器一般是由交流市電經(jīng)整流和大電容濾波后得到的較為平滑的直流電壓。整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，使得輸入電流（即電容器的充電電流）成為一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，如圖所示。

圖　AC/DC變換器及輸入電壓和電流波形
對這種畸變的輸入電流進行傅里葉分析可知，它除含有基波外，還含有豐富的高次諧波分量。
把輸入電流用傅里葉級數(shù)分解可得如下表達式：

式中，I1為基波分量；I3，I5分別為三次和五次諧波分量。由于輸入電流是一個奇諧函數(shù)，所以，表達式中只含有奇次諧波。
由上面分析可知，輸入電流中除含有基波外，還含有豐富的奇次高次諧波分量，這些高次諧波倒流入電網(wǎng)，引起嚴(yán)重的諧波“污染”，造成嚴(yán)重危害。其主要危害有：
（1）諧波電流在輸電線路阻抗上的壓降會使電網(wǎng)電壓（原來是正弦波）發(fā)生畸變（稱之為二次效應(yīng)），影響各種電氣設(shè)備的正常工作。
（2）諧波會造成輸電線路故障，使變電設(shè)備損壞。例如，線路和配電變壓器過熱、過載，美國曾報道諧波電流引起一個300kVA的變壓器過載事故；在高壓遠距離輸電系統(tǒng)中，諧波電流會使變壓器的感抗與系統(tǒng)的容抗發(fā)生LC諧振；在三相電路中，中線電流是三相三次諧波電流的疊加，因此，諧波電流會使中線電流過流而損壞，等等。
（3）諧波影響用電設(shè)備。例如，諧波對電機除增加附加損耗外，還會產(chǎn)生附加諧波轉(zhuǎn)矩、機械振動等，這些都嚴(yán)重地影響電機的正常運行；諧波可能使白熾燈工作在較高的電壓下，這將導(dǎo)致燈絲工作溫度過高，縮短燈絲的使用壽命，等等。
（4）諧波會使測量儀表附加諧波誤差。常規(guī)的測量儀表是設(shè)計并工作在正弦電壓、正弦電流波形下的，因此，在測量正弦電壓和電流時能保證其精度，但是，這些儀表用于測量非正弦量時，會產(chǎn)生附加誤差，影響測量精度。
（5）諧波會對通信電流造成干擾。電力線路諧波電流會通過電場耦合、磁場耦合和共地線耦合對通信電路造成影響。

諧波電流就是將非正弦周期性電流函數(shù)按傅立葉級數(shù)展開時，其頻率為原周期電流頻率整數(shù)倍的各正弦分量的統(tǒng)稱。頻率等于原周期電流頻率k倍的諧波電流稱為k次諧波電流，k大于1的各諧波電流也統(tǒng)稱為高次諧波電流。

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| 發(fā)布時間：2019.07.13 來源：電源適配器廠家

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