现代电力电子在电力系统中的应用.pptx
现代电力电子在电力系统及现代电力电子在电力系统及 电能质量控制中的应用电能质量控制中的应用 功率因数校正、功率因数校正、功率因数校正、功率因数校正、无功功率补偿及有源滤波无功功率补偿及有源滤波无功功率补偿及有源滤波无功功率补偿及有源滤波 概述概述 无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置 无功补偿和有源滤波无功补偿和有源滤波1 1 概述概述n n在现代工业和日常生活中，电力电子装置在现代工业和日常生活中，电力电子装置得到了广泛的应用。然而，电力电子装置得到了广泛的应用。然而，电力电子装置作为非线性负载越来越多地运行在电网中，作为非线性负载越来越多地运行在电网中，产生大量的无功和谐波，对电网造成很大产生大量的无功和谐波，对电网造成很大的的“污染污染”。n n如相控整流电路工作时基波电流落后于电如相控整流电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生很网电压，消耗大量的无功，另外还产生很大的谐波电流；二极管整流电路的基波电大的谐波电流；二极管整流电路的基波电流和电网电压相位大致相同，基波功率因流和电网电压相位大致相同，基波功率因数接近数接近1，但却产生很大的谐波电流，但却产生很大的谐波电流，1 概述概述n n电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐波源。波源。波源。波源。n n无功功率（平均功率为零）的危害主要表现在无功功率（平均功率为零）的危害主要表现在无功功率（平均功率为零）的危害主要表现在无功功率（平均功率为零）的危害主要表现在增加设备容量、设备和线路线损的增加和压降增加设备容量、设备和线路线损的增加和压降增加设备容量、设备和线路线损的增加和压降增加设备容量、设备和线路线损的增加和压降的增大；另外谐波对控制系统和通讯系统产生的增大；另外谐波对控制系统和通讯系统产生的增大；另外谐波对控制系统和通讯系统产生的增大；另外谐波对控制系统和通讯系统产生很大干扰。很大干扰。很大干扰。很大干扰。1 1 概述概述n n大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电子技大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电子技术的发展和应用。解决电力电子装置的谐波污染术的发展和应用。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本手段有两条：和低功率因数问题的基本手段有两条：第一，采用高功率因数电力电子装置。第一，采用高功率因数电力电子装置。第一，采用高功率因数电力电子装置。第一，采用高功率因数电力电子装置。无源无源无源无源=有源，有源，有源，有源，功率因数校正电路、功率因数校正电路、功率因数校正电路、功率因数校正电路、PWMPWM控制整流电路、双控制整流电路、双控制整流电路、双控制整流电路、双PWMPWM变频变频变频变频器、矩阵式逆变器等都可以获得很高的功率因数。器、矩阵式逆变器等都可以获得很高的功率因数。器、矩阵式逆变器等都可以获得很高的功率因数。器、矩阵式逆变器等都可以获得很高的功率因数。第二种方法就是装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率。第二种方法就是装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率。第二种方法就是装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率。第二种方法就是装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率。同步调相机同步调相机同步调相机同步调相机=TCR=SVC=SVG=APF=TCR=SVC=SVG=APF 2 无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生n n正弦电路的无功功率和功率因数正弦电路的无功功率和功率因数 在正弦电路，线性负载的情况下，电路在正弦电路，线性负载的情况下，电路中的电压和电流都是正弦的，电路的有功中的电压和电流都是正弦的，电路的有功功率定义为：功率定义为：电路的无功功率定义为：电路的无功功率定义为：定义有功功率和视在功率的比为功率因数定义有功功率和视在功率的比为功率因数PF：2 无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生n n非正弦电路的无功功率和功率因数非正弦电路的无功功率和功率因数非正弦电路的无功功率和功率因数非正弦电路的无功功率和功率因数 视在功率和有功功率的意义没有什么变化，而无功功率构成较复杂。视在功率和有功功率的意义没有什么变化，而无功功率构成较复杂。视在功率和有功功率的意义没有什么变化，而无功功率构成较复杂。视在功率和有功功率的意义没有什么变化，而无功功率构成较复杂。因此，可以定义为：因此，可以定义为：因此，可以定义为：因此，可以定义为：功率因数定义为：功率因数定义为：功率因数定义为：功率因数定义为：其中：其中：，即基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波因数，即基波电流有效值和总电流有效值之比，称为基波因数 称为基波功率因数。称为基波功率因数。THD 称为电流谐波总畸变率称为电流谐波总畸变率2无功功率和谐波的产生无功功率和谐波的产生n n谐波和无功功率的来源谐波和无功功率的来源谐波和无功功率的来源谐波和无功功率的来源 感性负载感性负载感性负载感性负载 电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电动机，变压器，荧光灯等大部分工业生产和日常生活中的用电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本电负载都是感性负载，消耗大量无功功率。另外由于这些器件本身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要身具有很突出的非线性特性，从而他们同时还是公用电网的主要谐波源。谐波源。谐波源。谐波源。电力电子装置电力电子装置电力电子装置电力电子装置 电力电子装置的应用日益广泛，使得电力电子装置成为一类大的谐电力电子装置的应用日益广泛，使得电力电子装置成为一类大的谐电力电子装置的应用日益广泛，使得电力电子装置成为一类大的谐电力电子装置的应用日益广泛，使得电力电子装置成为一类大的谐波源。在电力电子装置中，整流装置占的比例最大。常用的相控整流波源。在电力电子装置中，整流装置占的比例最大。常用的相控整流波源。在电力电子装置中，整流装置占的比例最大。常用的相控整流波源。在电力电子装置中，整流装置占的比例最大。常用的相控整流电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生电路工作时基波电流落后于电网电压，消耗大量的无功，另外还产生很大的谐波电流。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大很大的谐波电流。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大很大的谐波电流。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大很大的谐波电流。二极管整流电路的基波电流相位和电网电压相位大致相同，基波功率因数接近致相同，基波功率因数接近致相同，基波功率因数接近致相同，基波功率因数接近1 1，但却产生很大的谐波电流，从而也消耗，但却产生很大的谐波电流，从而也消耗，但却产生很大的谐波电流，从而也消耗，但却产生很大的谐波电流，从而也消耗一定的无功。一定的无功。一定的无功。一定的无功。谐波和无功功率的危害谐波和无功功率的危害 n n无功功率的危害：无功功率的危害：无功功率的危害：无功功率的危害：1.1.增加设备容量增加设备容量增加设备容量增加设备容量 根据公式：根据公式：根据公式：根据公式：无功功率的增加，会导致在有功功率不变的情况下，无功功率的增加，会导致在有功功率不变的情况下，无功功率的增加，会导致在有功功率不变的情况下，无功功率的增加，会导致在有功功率不变的情况下，视在功率的增加和电流增大，从而使得电气设备容量视在功率的增加和电流增大，从而使得电气设备容量视在功率的增加和电流增大，从而使得电气设备容量视在功率的增加和电流增大，从而使得电气设备容量和导线容量的增加，相应的起动及控制设备，测量设和导线容量的增加，相应的起动及控制设备，测量设和导线容量的增加，相应的起动及控制设备，测量设和导线容量的增加，相应的起动及控制设备，测量设备的规格也要增加。备的规格也要增加。备的规格也要增加。备的规格也要增加。2.2.设备和线路的损耗增加设备和线路的损耗增加设备和线路的损耗增加设备和线路的损耗增加无功功率的增加，使得总电流增大，因而使设备和无功功率的增加，使得总电流增大，因而使设备和无功功率的增加，使得总电流增大，因而使设备和无功功率的增加，使得总电流增大，因而使设备和线路的损耗增加，线路电阻为线路的损耗增加，线路电阻为线路的损耗增加，线路电阻为线路的损耗增加，线路电阻为R,R,则线路损耗为：则线路损耗为：则线路损耗为：则线路损耗为：其中：其中：其中：其中：这部分损耗就是无功功率引起的。这部分损耗就是无功功率引起的。这部分损耗就是无功功率引起的。这部分损耗就是无功功率引起的。谐波和无功功率的危害谐波和无功功率的危害n n无功功率的危害：无功功率的危害：无功功率的危害：无功功率的危害：3.使线路和设备的压降增大使线路和设备的压降增大 有功功率的的波动一般对电网电压的影有功功率的的波动一般对电网电压的影响较小响较小,电网电压的波动主要是由无功功率电网电压的波动主要是由无功功率的波动引起的的波动引起的.无功功率的增加，使得线路无功功率的增加，使得线路的总电流增大，线路的的总电流增大，线路的(传输传输)压降也将随压降也将随之增大，严重影响电网的供电质量，变化之增大，严重影响电网的供电质量，变化快时甚至可能导致电网崩溃。快时甚至可能导致电网崩溃。谐波和无功功率的危害谐波和无功功率的危害n n谐波危害谐波危害谐波危害谐波危害1.1.谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发谐波使公用电网的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的电、输电及用电设备的效率，大量的电、输电及用电设备的效率，大量的电、输电及用电设备的效率，大量的3 3次谐波流过中性线时次谐波流过中性线时次谐波流过中性线时次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。会使线路过热甚至发生火灾。会使线路过热甚至发生火灾。会使线路过热甚至发生火灾。2.2.谐波影响各种电气设备的正常工作。比如谐波不仅使电机谐波影响各种电气设备的正常工作。比如谐波不仅使电机谐波影响各种电气设备的正常工作。比如谐波不仅使电机谐波影响各种电气设备的正常工作。比如谐波不仅使电机产生附加损耗，还使电机产生机械振动、噪声和过电压，产生附加损耗，还使电机产生机械振动、噪声和过电压，产生附加损耗，还使电机产生机械振动、噪声和过电压，产生附加损耗，还使电机产生机械振动、噪声和过电压，使变压器、电容器等设备过热、绝缘老化等危害。使变压器、电容器等设备过热、绝缘老化等危害。使变压器、电容器等设备过热、绝缘老化等危害。使变压器、电容器等设备过热、绝缘老化等危害。3.3.谐波引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐谐波引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐谐波引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐谐波引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，加重谐波的危害。波放大，加重谐波的危害。波放大，加重谐波的危害。波放大，加重谐波的危害。4.4.导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量导致继电保护和自动装置的误动作，使电气测量仪表计量不准确。不准确。不准确。不准确。5.5.谐波对控制系统和通讯系统产生干扰，使通讯质量下降谐波对控制系统和通讯系统产生干扰，使通讯质量下降谐波对控制系统和通讯系统产生干扰，使通讯质量下降谐波对控制系统和通讯系统产生干扰，使通讯质量下降或根本无法正常工作。或根本无法正常工作。或根本无法正常工作。或根本无法正常工作。谐波和无功功率的消除和补偿谐波和无功功率的消除和补偿 由于产生大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电由于产生大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电由于产生大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电由于产生大量的谐波和无功功率，严重影响了电力电子技术的发展与应用，因此，消除谐波污染并提高功率因子技术的发展与应用，因此，消除谐波污染并提高功率因子技术的发展与应用，因此，消除谐波污染并提高功率因子技术的发展与应用，因此，消除谐波污染并提高功率因数，已成为现代电力电子技术中的一个重大课题（解铃还数，已成为现代电力电子技术中的一个重大课题（解铃还数，已成为现代电力电子技术中的一个重大课题（解铃还数，已成为现代电力电子技术中的一个重大课题（解铃还得系铃人）。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数得系铃人）。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数得系铃人）。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数得系铃人）。解决电力电子装置的谐波污染和低功率因数问题的基本手段有两条：问题的基本手段有两条：问题的基本手段有两条：问题的基本手段有两条：1.1.对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且具对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且具对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且具对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，且具有较高的功率因数，单位功率因数变流器的功率因数甚有较高的功率因数，单位功率因数变流器的功率因数甚有较高的功率因数，单位功率因数变流器的功率因数甚有较高的功率因数，单位功率因数变流器的功率因数甚至可以控制为至可以控制为至可以控制为至可以控制为1 1。2.2.装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率，各种类型装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率，各种类型装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率，各种类型装设补偿装置，以补偿其谐波和无功功率，各种类型的电力电子谐波源都可以用这个办法补偿。的电力电子谐波源都可以用这个办法补偿。的电力电子谐波源都可以用这个办法补偿。的电力电子谐波源都可以用这个办法补偿。3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置3.1 3.1 功率因数校正电路功率因数校正电路功率因数校正电路功率因数校正电路(Power Factor CorrectionPFC)(Power Factor CorrectionPFC)功率因数校正电路从不同的角度考虑分类方法不同，功率因数校正电路从不同的角度考虑分类方法不同，功率因数校正电路从不同的角度考虑分类方法不同，功率因数校正电路从不同的角度考虑分类方法不同，从从从从校正使用的元器件角度考虑，校正使用的元器件角度考虑，校正使用的元器件角度考虑，校正使用的元器件角度考虑，PFCPFC技术主要分为无源技术主要分为无源技术主要分为无源技术主要分为无源PFCPFC技术和技术和技术和技术和有源有源有源有源PFCPFC技术两大类。技术两大类。技术两大类。技术两大类。无源功率因数校正利用电感电容组成滤波器，将输入电流进无源功率因数校正利用电感电容组成滤波器，将输入电流进无源功率因数校正利用电感电容组成滤波器，将输入电流进无源功率因数校正利用电感电容组成滤波器，将输入电流进行相移及整形，下图所示为一个最基本的无源功率因数校正电路，行相移及整形，下图所示为一个最基本的无源功率因数校正电路，行相移及整形，下图所示为一个最基本的无源功率因数校正电路，行相移及整形，下图所示为一个最基本的无源功率因数校正电路，电感和电容组成一个无源滤波器，起到了一定的功率因数校正的电感和电容组成一个无源滤波器，起到了一定的功率因数校正的电感和电容组成一个无源滤波器，起到了一定的功率因数校正的电感和电容组成一个无源滤波器，起到了一定的功率因数校正的作用。作用。作用。作用。图图7.3 7.3 最基本的无源最基本的无源PFCPFC电路电路3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置3.1 3.1 功率因数校正电路功率因数校正电路功率因数校正电路功率因数校正电路(Power Factor CorrectionPFC)(Power Factor CorrectionPFC)n n另一种无源另一种无源另一种无源另一种无源PFCPFC技术就是利用电容二极管网络构成的填谷技术就是利用电容二极管网络构成的填谷技术就是利用电容二极管网络构成的填谷技术就是利用电容二极管网络构成的填谷(Valley(Valley Fill)Fill)方式方式方式方式PFCPFC整流电路。当输入电压高于电容整流电路。当输入电压高于电容整流电路。当输入电压高于电容整流电路。当输入电压高于电容C1C1和和和和C2C2上的电压上的电压上的电压上的电压和时，外输入电压将对两个电容进行充电；和时，外输入电压将对两个电容进行充电；和时，外输入电压将对两个电容进行充电；和时，外输入电压将对两个电容进行充电；n n当输入电压低于电容当输入电压低于电容当输入电压低于电容当输入电压低于电容C1C1和和和和C2C2上的电压时，两个电容则会进入上的电压时，两个电容则会进入上的电压时，两个电容则会进入上的电压时，两个电容则会进入并联放电状态。在电路的拓扑结构上，由于电容和二极管网络的并联放电状态。在电路的拓扑结构上，由于电容和二极管网络的并联放电状态。在电路的拓扑结构上，由于电容和二极管网络的并联放电状态。在电路的拓扑结构上，由于电容和二极管网络的串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，也就使输入电流串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，也就使输入电流串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，也就使输入电流串并联特性，这种结构增大了二极管的导通角，也就使输入电流的波形得到改善。的波形得到改善。的波形得到改善。的波形得到改善。图图7.4 ValleyFill7.4 ValleyFill方式方式PFCPFC整流电路整流电路3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置3.1 功率因数校正电路功率因数校正电路(Power Factor CorrectionPFC)n n有源功率因数校正（有源功率因数校正（有源功率因数校正（有源功率因数校正（APFCAPFC）利用开关器件、电感及控制电）利用开关器件、电感及控制电）利用开关器件、电感及控制电）利用开关器件、电感及控制电路构成，路构成，路构成，路构成，PFPF可达可达可达可达0.990.99。从相数来看，有单相。从相数来看，有单相。从相数来看，有单相。从相数来看，有单相PFCPFC和三相和三相和三相和三相PFCPFC。都是通过电流跟踪电压变化，提高功率因数，减小谐波都是通过电流跟踪电压变化，提高功率因数，减小谐波都是通过电流跟踪电压变化，提高功率因数，减小谐波都是通过电流跟踪电压变化，提高功率因数，减小谐波损耗。单相损耗。单相损耗。单相损耗。单相PFCPFC技术已经比较成熟，三相技术已经比较成熟，三相技术已经比较成熟，三相技术已经比较成熟，三相PFCPFC技术复杂，技术复杂，技术复杂，技术复杂，成本较高，现基本还处于研究推广阶段。成本较高，现基本还处于研究推广阶段。成本较高，现基本还处于研究推广阶段。成本较高，现基本还处于研究推广阶段。n n从开关转换技术来看，从开关转换技术来看，从开关转换技术来看，从开关转换技术来看，APFCAPFC又分为硬开关又分为硬开关又分为硬开关又分为硬开关PFCPFC技术和软开技术和软开技术和软开技术和软开关关关关PFCPFC技术两大类。目前，硬开关技术两大类。目前，硬开关技术两大类。目前，硬开关技术两大类。目前，硬开关PFCPFC技术在小功率场合技术在小功率场合技术在小功率场合技术在小功率场合的应用已经比较成熟，软开关的应用已经比较成熟，软开关的应用已经比较成熟，软开关的应用已经比较成熟，软开关PFCPFC技术处在逐步应用和研究技术处在逐步应用和研究技术处在逐步应用和研究技术处在逐步应用和研究当中。当中。当中。当中。3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置3.2 单相有源功率因数校正（单相有源功率因数校正（APFC）技术）技术 1 有源功率因数校正的工作原理有源功率因数校正的工作原理 n n 有源功率因数校正（有源功率因数校正（有源功率因数校正（有源功率因数校正（APFCAPFC）是抑制谐波电流、提高功）是抑制谐波电流、提高功）是抑制谐波电流、提高功）是抑制谐波电流、提高功率因数的有效方法，率因数的有效方法，率因数的有效方法，率因数的有效方法，APFCAPFC主要用于主要用于主要用于主要用于DCDCDCDC开关变换器。开关变换器。开关变换器。开关变换器。目前使用最广泛的是目前使用最广泛的是目前使用最广泛的是目前使用最广泛的是BoostBoost型型型型APFCAPFC？n n 按按按按PFCPFC电路输入电流检测和控制方式，电路输入电流检测和控制方式，电路输入电流检测和控制方式，电路输入电流检测和控制方式，APFCAPFC电路又可分电路又可分电路又可分电路又可分成：成：成：成：（1 1）CCMCCM型：电感型：电感型：电感型：电感L L电流连续。电流连续。电流连续。电流连续。（2 2）DCMDCM型：电感型：电感型：电感型：电感L L电流不连续。电流不连续。电流不连续。电流不连续。本节以本节以BoostBoost型型APFCAPFC为例说明功率因数校正电路的基本为例说明功率因数校正电路的基本工作原理。工作原理。3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置n n平均电流控制的平均电流控制的平均电流控制的平均电流控制的CCMCCM型型型型BOOSTBOOST功率因数校正电路基本形式如图所示。功率因数校正电路基本形式如图所示。功率因数校正电路基本形式如图所示。功率因数校正电路基本形式如图所示。图中上半部主电路就是典型的图中上半部主电路就是典型的图中上半部主电路就是典型的图中上半部主电路就是典型的BOOSTBOOST升压电路，其中升压电路，其中升压电路，其中升压电路，其中L L为升压电感（或储为升压电感（或储为升压电感（或储为升压电感（或储能电感），能电感），能电感），能电感），KK为高频开关管，为高频开关管，为高频开关管，为高频开关管，D D为升压整流二极管，为升压整流二极管，为升压整流二极管，为升压整流二极管，C C为滤波电容。当开关为滤波电容。当开关为滤波电容。当开关为滤波电容。当开关管管管管KK导通时，电源给电感导通时，电源给电感导通时，电源给电感导通时，电源给电感L L储存能量，当储存能量，当储存能量，当储存能量，当KK关断时电感关断时电感关断时电感关断时电感L L中的电势和电源电中的电势和电源电中的电势和电源电中的电势和电源电压经升压二极管压经升压二极管压经升压二极管压经升压二极管D D整流，同时给负载提供能量。因此，该电路是一个升整流，同时给负载提供能量。因此，该电路是一个升整流，同时给负载提供能量。因此，该电路是一个升整流，同时给负载提供能量。因此，该电路是一个升压电路，改变开关管的开关频率或占空比可以改变输出电压。压电路，改变开关管的开关频率或占空比可以改变输出电压。压电路，改变开关管的开关频率或占空比可以改变输出电压。压电路，改变开关管的开关频率或占空比可以改变输出电压。LDVEVREFVIN|sint|/K电压调节电流环乘法器脉冲形成及驱动绝对值放大电路VIN图7.5 BOOST功率因数校正电路示意图IINKC3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置n n图中所示的下半部分是控制电路。控制电路的作用使得系统交流侧图中所示的下半部分是控制电路。控制电路的作用使得系统交流侧图中所示的下半部分是控制电路。控制电路的作用使得系统交流侧图中所示的下半部分是控制电路。控制电路的作用使得系统交流侧的功率因数得以改善。的功率因数得以改善。的功率因数得以改善。的功率因数得以改善。功率因数校正的基本工作原理为：输出电压经功率因数校正的基本工作原理为：输出电压经功率因数校正的基本工作原理为：输出电压经功率因数校正的基本工作原理为：输出电压经分压后与分压后与分压后与分压后与参考电压参考电压参考电压参考电压VREF VREF 比较，再经电压环调节器处理后得到比较，再经电压环调节器处理后得到比较，再经电压环调节器处理后得到比较，再经电压环调节器处理后得到VE VE，它与输入电压的衰减值它与输入电压的衰减值它与输入电压的衰减值它与输入电压的衰减值Vinsint/K Vinsint/K 相乘得电流参考值，与输入电相乘得电流参考值，与输入电相乘得电流参考值，与输入电相乘得电流参考值，与输入电流检测值比较后经电流环调节器输出，进入流检测值比较后经电流环调节器输出，进入流检测值比较后经电流环调节器输出，进入流检测值比较后经电流环调节器输出，进入PWMPWM发生器产生主开关发生器产生主开关发生器产生主开关发生器产生主开关通断控制信号。通断控制信号。通断控制信号。通断控制信号。LDVEVREFVIN|sint|/K电压调节电流环乘法器脉冲形成及驱动绝对值放大电路VIN图7.5 BOOST功率因数校正电路示意图IINKC3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置n n因为控制信号是按占空比周期性变化的信号，所以得到的输入因为控制信号是按占空比周期性变化的信号，所以得到的输入因为控制信号是按占空比周期性变化的信号，所以得到的输入因为控制信号是按占空比周期性变化的信号，所以得到的输入电流波形可跟随输入电压整流后的波形。开关频率远大于输入电流波形可跟随输入电压整流后的波形。开关频率远大于输入电流波形可跟随输入电压整流后的波形。开关频率远大于输入电流波形可跟随输入电压整流后的波形。开关频率远大于输入电压频率时，输入电流波形为与输入电压同相的正弦波形，功电压频率时，输入电流波形为与输入电压同相的正弦波形，功电压频率时，输入电流波形为与输入电压同相的正弦波形，功电压频率时，输入电流波形为与输入电压同相的正弦波形，功率因数接近于率因数接近于率因数接近于率因数接近于1 1。简单地说，控制电路使高频开关。简单地说，控制电路使高频开关。简单地说，控制电路使高频开关。简单地说，控制电路使高频开关KK在整个在整个在整个在整个交流输入电压期间不断通断，这样在整个交流输入电压期间交流输入电压期间不断通断，这样在整个交流输入电压期间交流输入电压期间不断通断，这样在整个交流输入电压期间交流输入电压期间不断通断，这样在整个交流输入电压期间都有电流流过，输入电流不再是一个尖峰电流，因此系统的都有电流流过，输入电流不再是一个尖峰电流，因此系统的都有电流流过，输入电流不再是一个尖峰电流，因此系统的都有电流流过，输入电流不再是一个尖峰电流，因此系统的功率因数大大提高。功率因数大大提高。功率因数大大提高。功率因数大大提高。电感电流交流电压图图7.7 7.7 电感电流与输入电压同相（功率因数接近电感电流与输入电压同相（功率因数接近1 1）3 高功率因数电力电子装置高功率因数电力电子装置n n3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 1 1 常用的三种控制方法常用的三种控制方法常用的三种控制方法常用的三种控制方法 常用的控制常用的控制常用的控制常用的控制AC-DCAC-DC开关控制器实现开关控制器实现开关控制器实现开关控制器实现APFCAPFC的方法基本上的方法基本上的方法基本上的方法基本上有三种，即电流峰值控制，电流滞环控制，以及平均电流控制。有三种，即电流峰值控制，电流滞环控制，以及平均电流控制。有三种，即电流峰值控制，电流滞环控制，以及平均电流控制。有三种，即电流峰值控制，电流滞环控制，以及平均电流控制。本节以本节以本节以本节以BoostBoost功率因数校正器的控制为例，说明这三种方法的基功率因数校正器的控制为例，说明这三种方法的基功率因数校正器的控制为例，说明这三种方法的基功率因数校正器的控制为例，说明这三种方法的基本原理，假设工作模式为本原理，假设工作模式为本原理，假设工作模式为本原理，假设工作模式为CCMCCM。n n3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 2 2 电流峰值控制法电流峰值控制法电流峰值控制法电流峰值控制法 电流基准为双半波正弦电压，反馈为开关管电流。令电感电流的峰值包络线电流基准为双半波正弦电压，反馈为开关管电流。令电感电流的峰值包络线电流基准为双半波正弦电压，反馈为开关管电流。令电感电流的峰值包络线电流基准为双半波正弦电压，反馈为开关管电流。令电感电流的峰值包络线跟踪输入电压跟踪输入电压跟踪输入电压跟踪输入电压VdcVdc的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。的波形。使输入电流与输入电压同相位，并接近正弦。电压环由分压器电压环由分压器电压环由分压器电压环由分压器I/HI/H，电压误差放大（补偿）器，电压误差放大（补偿）器，电压误差放大（补偿）器，电压误差放大（补偿）器VAVA，通过乘法器，电，通过乘法器，电，通过乘法器，电，通过乘法器，电流比较器及驱动器流比较器及驱动器流比较器及驱动器流比较器及驱动器(图中未画出图中未画出图中未画出图中未画出)等组成。因此，在保持输入端功率因等组成。因此，在保持输入端功率因等组成。因此，在保持输入端功率因等组成。因此，在保持输入端功率因数接近数接近数接近数接近1 1的同时，能保持输出电压稳定。的同时，能保持输出电压稳定。的同时，能保持输出电压稳定。的同时，能保持输出电压稳定。电流峰值法控制的电流峰值法控制的电流峰值法控制的电流峰值法控制的BoostBoostBoostBoost功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图 n n3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 2 2 电流峰值控制法电流峰值控制法电流峰值控制法电流峰值控制法 用峰值法控制时，最主要的问题是：电感电流的峰值用峰值法控制时，最主要的问题是：电感电流的峰值用峰值法控制时，最主要的问题是：电感电流的峰值用峰值法控制时，最主要的问题是：电感电流的峰值ipip（它是控制的基准）与高频状态平均值之间的误差，在（它是控制的基准）与高频状态平均值之间的误差，在（它是控制的基准）与高频状态平均值之间的误差，在（它是控制的基准）与高频状态平均值之间的误差，在一定条件下相当大，以致无法满足使一定条件下相当大，以致无法满足使一定条件下相当大，以致无法满足使一定条件下相当大，以致无法满足使THDTHD很小的条件。此很小的条件。此很小的条件。此很小的条件。此外，峰值对噪声相当敏感。外，峰值对噪声相当敏感。外，峰值对噪声相当敏感。外，峰值对噪声相当敏感。开关管的电流？开关管的电流？电流峰值法控制的电流峰值法控制的电流峰值法控制的电流峰值法控制的BoostBoostBoostBoost功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数较正器电路原理图以及电感电流波形图 n n3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 3 3 电流滞环控制法电流滞环控制法电流滞环控制法电流滞环控制法 电流滞环法控制与峰值法控制的差别只是：前者检测的电流电流滞环法控制与峰值法控制的差别只是：前者检测的电流电流滞环法控制与峰值法控制的差别只是：前者检测的电流电流滞环法控制与峰值法控制的差别只是：前者检测的电流是电感电流；并且控制电路中多了一个滞环逻辑控制器。逻辑控是电感电流；并且控制电路中多了一个滞环逻辑控制器。逻辑控是电感电流；并且控制电路中多了一个滞环逻辑控制器。逻辑控是电感电流；并且控制电路中多了一个滞环逻辑控制器。逻辑控制器的特征，和继电器特征一样，有一个电流滞环带制器的特征，和继电器特征一样，有一个电流滞环带制器的特征，和继电器特征一样，有一个电流滞环带制器的特征，和继电器特征一样，有一个电流滞环带（hysterisis bandhysterisis band）。）。）。）。滞环法控制的滞环法控制的滞环法控制的滞环法控制的BoostBoostBoostBoost功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图 n n3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 3 3 电流滞环控制法电流滞环控制法电流滞环控制法电流滞环控制法 电流滞环控制法的主要缺点是：负载大小对开关频率电流滞环控制法的主要缺点是：负载大小对开关频率电流滞环控制法的主要缺点是：负载大小对开关频率电流滞环控制法的主要缺点是：负载大小对开关频率影响甚大，由于开关频率变化幅度大，设计输出滤波器影响甚大，由于开关频率变化幅度大，设计输出滤波器影响甚大，由于开关频率变化幅度大，设计输出滤波器影响甚大，由于开关频率变化幅度大，设计输出滤波器时，要按最低开关频率考虑。因此，不可能得到体积和时，要按最低开关频率考虑。因此，不可能得到体积和时，要按最低开关频率考虑。因此，不可能得到体积和时，要按最低开关频率考虑。因此，不可能得到体积和重量最小的设计。重量最小的设计。重量最小的设计。重量最小的设计。滞环法控制的滞环法控制的滞环法控制的滞环法控制的BoostBoostBoostBoost功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图功率因数校正器电路原理图以及电感电流波形图 n n3.2.2 3.2.2 有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法有源功率因数校正的控制方法 4 4 平均电流控制法平均电流控制法平均电流控制法平均电流控制法 平均电流控制的特点是：输入电流信号被直接检测，与基准电平均电流控制的特点是：输入电流信号被直接检测，与基准电平均电流控制的特点是：输入电流信号被直接检测，与基准电平均电流控制的特点是：输入电流信号被直接检测，与基准电流比较后，其高频分量（例如流比较后，其高频分量（例如流比较后，其高频分量（例如流比较后，其高频分量（例如100kHz100kHz）的变化，通过电流误差放大器，）的变化，通过电流误差放大器，）的变化，通过电流误差放大器，）的变化，通过电流误差放大器，被平均化处理；工频电流的峰值是高频电流的平均值，因而高频电流的被平均化处理；工频电流的峰值是高频电流的平均值，因而高频电流的被平均化处理；工频电流的峰值是高频电流的平均值，因而高频电流的被平均化处理；工频电流的峰值是高频电流的平均值，因而高频电流的峰值比工频电流的峰值更高。但电感电流峰值与平均值之间的误差小，峰值比工频电流的峰值更高。但电感电流峰值与平均值之间的误差小，峰值比工频电流的峰值更高。但电感电流峰值与平均值之间的误差小，峰值比工频电流的峰值更高。但电感电流峰值与平均值之间的误差小，因此因此因此
