有源功率因数校正及有源滤波技术的研究

论文编号:JD670  论文字数:18199,页数:50

摘  要

有源功率因数校正技术通过电力电子元件的开关作用来消除非线性负载的谐波电流，使来自电网的电流是正弦波。并对功率因数校正电路技术发展情况进行了分析，从实现的主要方式及其特点等方面校系统地论述了三相功率因数校正技术近期内的发展，尤其是对三相单管PFC的拓扑及其应用进行了详细阐述，在此基础上，指出了今后三相功率因数校正枝术的发展趋势。本文分析了逆变电源的功率因数和输入电流谐波畸变的关系，提出了一种连续电流输入的三相功率因数校正电路的方案,其连续的正弦电流输入是通过采用平均电流控制技术实现的。

关键词：　三相功率因数校正　有源滤波器　电流谐波

REASERCH ON THE TECHNIQUE OF ACTIVE POWER FACTOR CORRECTION AND ACTIVE FILTER

Abstract
Active power factor correction technique uses power electronic switching to cancel the harmonic currents from a nonlinear load. So that the current being supplied from input line is sinusoidal. It was analysed the current research situation of correction technology for Power Factor Correction (PFC), and summed up the progress in three-phase PFC especially illustrated the topologies, applications of single-switch three-phase PFC on the basis of this, pointed out the developing trends. This paper analyses relationship between the power factor and input current distortion of the inverter power source. A three-phase configuration of a new power factor correct circuit that makes use of continuous input current is suggested. Continuous sinusoidal input current is achieved by the average current mode control technique.

Key words： three phase power factor correction, active filter, current harmonic

目  录

摘要…………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………………Ⅱ
引言………………………………………………………………………………… 1
第一章  功率因数的概述………………………………………………………… 2
    1.1 功率因数的定义及问题的提出………………………………………… 2
        1.1.1 功率因数的定义及与总谐波失真数的关系…………………… 2
        1.1.2 不良因数的成因………………………………………………… 4
        1.1.3 谐波电流对电网的危害………………………………………… 4
1.2 常用功率因数校正方法………………………………………………… 4
1.3 有源功率因数校正电路的组成………………………………………… 5
1.3.1 有源功率因数校正电路的工作原理及分类…………………… 5
    1.3.2 Boost型APFC电路的分类 …………………………………… 6
    1.3.3 CCM工作方式下的APFC电路 ……………………………… 6
1.4 三相电源的输入方式…………………………………………………… 7
    1.4.1 电感输入式APFC电路特点…………………………………… 7
    1.4.2 电容输入式APFC电路特点…………………………………… 7
第二章  平均电流控制的Boost APFC ………………………………………… 8
2.1升压式（Boost）变换器原理…………………………………………… 8
2.2 平均电流型控制原理……………………………………………………10
    2.2.1 峰值电流型控制…………………………………………………10
    2.2.2 平均电流型控制…………………………………………………10
2.3 平均电流型APFC电路…………………………………………………11
    2.3.1 平均电流型APFC原理电路框图………………………………11
    2.3.2 APFC 控制过程…………………………………………………12
2.4 平均电流模式控制PWM ………………………………………………13
2.5 PFC电路的双闭环控制…………………………………………………14
    2.5.1 功率因数校正电路的基本原理…………………………………14
2.5.2 电流控制环………………………………………………………15
2.5.3 电压控制环………………………………………………………17
    2.5.4 乘法器……………………………………………………………19
 2.6 APFC (Boost) 电路数学模型的建立……………………………………19
     2.6.1 输入电流从控制到输出的模型…………………………………19
     2.6.2 输出电压从控制到输出的模型…………………………………21
第三章  三相整流功率因数校正电路……………………………………………24
    3.1 三相整流功率因数校正电路……………………………………………25
        3.1.1 基本三相PFC 电路及问题 ……………………………………25
    3.1.2 不解耦三相PFC…………………………………………………26
3.2  三相单开关（Boost）功率因数校正电路 ……………………………27
    3.2.1 三相单开关（Boost）功率因数校正电路的实现过程 ………27
    3.2.2 改进与研究………………………………………………………29
3.3 结论与展望………………………………………………………………29
第四章  MATLAB仿真 …………………………………………………………30
  4.1 MATLAB仿真概述 ……………………………………………………30
    4.2 整流电路仿真……………………………………………………………31
        4.2.1 半波整流电路……………………………………………………31
        4.2.2 单相桥式全波整流电路…………………………………………32
        4.2.3 含有谐波的三相整流电路………………………………………34
    4.3 PWM控制器仿真 ………………………………………………………39
    4.4 Boost 电路整体仿真……………………………………………………40
    4.5仿真实验的结论分析……………………………………………………44
参考文献……………………………………………………………………………45
致谢…………………………………………………………………………………46