第一篇：功率因數(shù)校正在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

功率因數(shù)校正在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

李銀碧

（浙江郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江紹興 312016）

摘 要：本文介紹了開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正的基本原理，分析了功率因數(shù)校正的電路實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān)要求。最后概括了有源功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：功率因數(shù)；有源功率因數(shù)校正；單級(jí) ；兩級(jí)

The Application Of Power Factor Correction In Switch Power

LI Yin-bi(Zhejiang Technical College of Post and Telecom,Shaoxing Zhejiang 312000,China)Abstract：The theme introduces the basic principles of power factor correction in switch power and the analysises active power factor correction(APFC).At last summarizes the tendency of active power factor correction．

Key words: power factor；active power factor correction；single-stage；two-stage

1、引 言

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)等一些通信設(shè)備日益普及，被廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域，其中電網(wǎng)的諧波污染以及輸入端功率因數(shù)低等問(wèn)題顯得日益突出。這些設(shè)備的內(nèi)部需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)化為直流的電源部分。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于一些非線性元件的存在，導(dǎo)致輸入的交流電壓雖然是正弦的，但輸入的交流電流卻嚴(yán)重畸變，包含大量諧波。而諧波的存在，不但降低了輸入電路的功率因數(shù)，而且對(duì)公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，造成電路故障。顯然，使用有效的校正技術(shù)把諧波污染控制在較小的范圍己是當(dāng)務(wù)之急。

為了限制電流波形畸變和諧波，使電磁環(huán)境更加干凈，國(guó)內(nèi)外都制訂了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC555-2, IEEC519等。采用現(xiàn)代高頻功率變換技術(shù)的功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)是解決諧波污染最有效的手段。為了減少諧波對(duì)交流電網(wǎng)的污染，這就必須對(duì)電源產(chǎn)品如UPS，高頻開(kāi)關(guān)整流電源等的輸入電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，以最大限度減少諧波電流。功率因數(shù)校正的目的，就是采用一定的控制方法，使電源的輸入電流跟蹤輸入電壓，功率因數(shù)接近為1。

2、功率因數(shù)校正的基本原理 2．1功率因數(shù)的定義

由于在電源設(shè)備中，除了線性元件外，還大量使用各種非線性元件，如整流電路、逆變電路、日光燈、霓虹燈等。非線性元件的大量使用使得電路中產(chǎn)生各種高次諧波，高次諧波在基波上疊加，使得交流電壓波形產(chǎn)生畸變。

功率因數(shù)PF（Power Factor）是指交流輸入有功功率P與視在功率S的比值。對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)整流器這種交流用電負(fù)載，由于它含有很多非線性元件，使得輸入的正弦交流電流發(fā)生一定程度的畸變，也就是輸入的交流電流中除了含有基波（一次諧波）外，還含有了二次、三次等高次諧波。我們認(rèn)為只有基波才作有用功，再考慮感性（或容性）負(fù)載作的無(wú)用功影響，功率因數(shù)PF應(yīng)定義為： PF＝P＝SULI1cos?I1=cos?= ?cos?（1）

ULIRIR 式中：

?：基波因數(shù)，即基波電流有效值I1與電網(wǎng)電流有效值IR之比。

IR：電網(wǎng)電流有效值 I1：基波電流有效值 UL：電網(wǎng)電壓有效值

cosΦ：基波電流與基波電壓的位移因數(shù)

在線性電路中，無(wú)諧波電流，電網(wǎng)電流有效值IR與基波電流有效值I1相等，基波因數(shù)?=1，所以PF＝?·cosΦ＝1·cosΦ＝cosΦ。

當(dāng)線性電路且為純電阻性負(fù)載時(shí)，PF＝?·cosΦ＝1·1＝1。

如果供電系統(tǒng)正弦畸變過(guò)大，則會(huì)對(duì)供電設(shè)備、用電設(shè)備產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重的時(shí)候甚至?xí)斐捎秒娫O(shè)備如開(kāi)關(guān)電源、UPS退出正常工作，也可能造成供電系統(tǒng)跳閘?；?cè)叫?，功率因?shù)則越高。綜上所述，只要設(shè)法抑制輸入電流中的諧波分量，通過(guò)電路方法，將輸入電流波形校正為或無(wú)限接近正弦波，即可實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。2．2 無(wú)功率因數(shù)校正的開(kāi)關(guān)電源存在的問(wèn)題

在傳統(tǒng)沒(méi)有功率因數(shù)校正的開(kāi)關(guān)整流器中，交流輸入電壓，經(jīng)整流后，緊跟著大電容濾波，由于電容的充放電使輸入電流呈脈沖波形。這種電流諧波分量很大，造成功率因數(shù)下降。低功率因數(shù)開(kāi)關(guān)電源的使用，嚴(yán)重污染了電網(wǎng)，干擾了其它設(shè)備，增大了前級(jí)設(shè)備（如變壓器、電纜傳輸、柴油發(fā)電機(jī)等）的功率容量，使供電系統(tǒng)容量至少要增大30%以上，使用戶增加了投資。對(duì)于三相四線輸入，當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí)，零線電流會(huì)很大。

從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，低功率因數(shù)的開(kāi)關(guān)電源所帶來(lái)的危害是很嚴(yán)重的，這是因?yàn)檩斎腚娏饔泻芨叩姆逯?，含有大量的高次諧波，不但產(chǎn)生嚴(yán)重電磁干擾，還使供電變壓器產(chǎn)生大的電磁應(yīng)力，噪音增大，鐵損嚴(yán)重，溫升劇增。因此，在整流器設(shè)計(jì)中，認(rèn)真設(shè)計(jì)好功率因數(shù)校正電路是至關(guān)重要的。

3、實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的方法

從不同的角度看，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)有不同分類方法。從電網(wǎng)供電方式可分為單相PFC電路相三相PFC電路；從采用的校正機(jī)理看，可分為無(wú)源功率因數(shù)校正（PPFC）和有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction，簡(jiǎn)稱APFC）兩種。

無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)（PPFC）出現(xiàn)最早，通常由大容量的電感、電容組成。它只是針對(duì)電源的整體負(fù)載特性表現(xiàn)，在開(kāi)關(guān)整流器的交流輸入端加入電感量很大的低頻電感，以減小濾波電容充電電流尖峰。由于加入的電感體積大，增加了開(kāi)關(guān)整流器的體積，此方法雖然簡(jiǎn)單，但效果不很理想，適于應(yīng)用到重量體積不受限制的小型設(shè)備。因此目前用的較多的是有源功率因數(shù)校正。有源功率因數(shù)校正電路工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，體積小、重量輕，比無(wú)源功率因數(shù)校正電路效率高。下面主要討論有源功率因數(shù)校正方法。

有源功率因數(shù)校正目的在于減小輸入電流諧波。為此在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC開(kāi)關(guān)變換器，應(yīng)用電壓、電流反饋技術(shù)，使輸入端電流波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使輸入電流接近正弦，從而大大提高功率因數(shù)PF，一般校正后PF可提高到0.99或更高。由于這個(gè)方案中應(yīng)用了有源器件，故稱為有源功率因數(shù)校正（APFC）。基本原理如圖所示。

APFC的基本原理框圖

從原理框圖來(lái)看，APFC基本電路就是一種開(kāi)關(guān)電源，但它與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別在于：DC/DC變換之前沒(méi)有濾波電容，電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動(dòng)電壓，這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)的檢測(cè)與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達(dá)到全波整流器輸入功率因數(shù)近似為1。

而有源功率因數(shù)校正中，按輸入電流的工作模式又可分為CCM模式和DCM模式；按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為兩級(jí)模式和單級(jí)模式。3．1按輸入電流檢測(cè)和控制方式分類

根據(jù)電感電流是否連續(xù)，APFC有兩種工作模式：不連續(xù)導(dǎo)通模式DCM(Discontinuous Conduction Mode)和連續(xù)導(dǎo)通模式CCM(Continuous Conduction Mode)。一般認(rèn)為，采用電流連續(xù)導(dǎo)通方式可利于實(shí)現(xiàn)輸入EMI濾波電路小型化，并可使電流應(yīng)力減小，實(shí)現(xiàn)高效率。3．1．1 DCM控制模式

DCM控制又稱電壓跟蹤方法(Voltage Follower)，它是PFC中簡(jiǎn)單而實(shí)用的一種控制方式。這類變換器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式，開(kāi)關(guān)管由輸出電壓誤差信號(hào)控制，開(kāi)關(guān)周期為常數(shù)。由于峰值電感電流基本上正比于輸入電壓，因此，輸入電流波形跟隨輸入電壓波形變化?？刂圃砣鐖D所示：

ＤＣＭ控制原理圖

該控制方法的優(yōu)點(diǎn)是: 1)電路簡(jiǎn)單，不需要乘法器；2)功率管實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通(ZCS)且不承受二極管的反向恢復(fù)電流；3)輸入電流自動(dòng)跟蹤電壓且保持較小的電流畸變率。但是DCM方式存在著以下兩個(gè)主要問(wèn)題：１）由于電感電流不連續(xù)，造成電流紋波較大，對(duì)濾波電路要求高；２）開(kāi)關(guān)管電流應(yīng)力高，在同等容量情況下，DCM中開(kāi)關(guān)器件通過(guò)的峰值電流是CCM的兩倍，由此導(dǎo)致通態(tài)損耗增加，因此只適用于小功率的場(chǎng)合。3．1．2 CCM控制模式

在CCM模式控制中，根據(jù)是否選取瞬態(tài)電感電流作為反饋量和被控制量，又可分為間接電流控制(Indirect Current Control)和直接電流控制(Direct Current Control)兩大類.直接電流控制的優(yōu)點(diǎn)是電流瞬態(tài)特性好，自身具有過(guò)流保護(hù)能力，但需要檢測(cè)瞬態(tài)電流，控制電路復(fù)雜。間接電流控制的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、開(kāi)關(guān)機(jī)理清晰。

(1)直接電流控制

直接電流控制是目前應(yīng)用最多的控制方式，它來(lái)源于DC/DC變換器的電流控制模式。將輸入電壓信號(hào)與輸出電壓誤差信號(hào)相乘后作為電流控制器的電流給定信號(hào)，電流控制器控制輸入電流按給定信號(hào)變化。根據(jù)控制器控制方式的不同，較典型的控制方式有峰值電流控制(PCMC)、平均電流控制(ACMC)和滯環(huán)電流控制(HCC)等。與其他控制方式相比，平均電流控制具有電流總諧波畸變(THD)和電磁干擾(EMI)小、對(duì)噪聲不敏感、適用于大功率應(yīng)用場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)，是目前PFC中應(yīng)用最多的一種控制方式。下面就介紹利用平均電流控制技術(shù)的Boost PFC電路?；驹砣鐖D所示：

平均電流控制方式PFC框圖

它具有雙環(huán)控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。電流環(huán)使輸入電流波形更接近正弦波，電壓環(huán)使升壓型DC／DC輸出電壓UO恒定。由s獲得電感L中的電流取樣，并由R1、R2分壓以取得整流后的電壓取樣信號(hào)。K1正向輸入端信號(hào)來(lái)自乘法器Z，作為K1的基準(zhǔn)信號(hào)。K1反向輸入端信號(hào)來(lái)自電感電流取樣信號(hào)。若電感電流偏小時(shí)，K1輸出增大，與鋸齒波比較后的PWM信號(hào)占空比增加，使Q管導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)而截止時(shí)間減少。

在Boost PFC電路中，Q管導(dǎo)通，L貯能，通過(guò)電感的電流IL增加，而Q管截止時(shí)，二極管D導(dǎo)通，電容C充電，流過(guò)電感電流IL減小。這樣使電感電路中電流IL可跟蹤基準(zhǔn)信號(hào)波形。即IL的平均值I與整流后的電壓波形接近同相。如圖所示。

平均電流控制方式PFC電路的各種電流波形圖

在Boost PFC電路中，設(shè)PWM信號(hào)周期為T，Q管截止時(shí)間為TOH，則UO＝T/TOH·UI（證明略）。當(dāng)Boost PFC電路中UO上升時(shí)，取樣與標(biāo)準(zhǔn)電壓Uref比較后使K2輸出下降，從而使UZ下降；使K1輸出下降，即TOH增加，UO下降，以保持輸出電壓穩(wěn)定。

(2)間接電流控制

電流的控制也可以通過(guò)控制整流橋輸入端電壓的方式間接實(shí)現(xiàn)，稱為間接電流控制或電壓控制。間接電流控制是一種基于工頻穩(wěn)態(tài)的控制方法，它通過(guò)控制整流器輸入端電壓，使其與電源電壓保持一定的相位、幅值關(guān)系，從而控制交流輸入電流呈正弦波形，且與電源電壓保持同相位，使裝置運(yùn)行在單位功率因數(shù)狀態(tài)。

間接電流控制原理

通過(guò)對(duì)CCM和DCM兩種工作模式的分析和比較可以看出：CCM的優(yōu)點(diǎn)是輸入和輸出電流波動(dòng)小，故濾波容易；開(kāi)關(guān)的有效電流小，器件導(dǎo)通損耗??；適用于大功率場(chǎng)合。對(duì)于小于幾百瓦的功率級(jí)，選擇DCM比較合適，DCM的最大好處是二極管不存在反向恢復(fù)，因此不需要緩沖電路。

3．2按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類

有源功率因數(shù)校正技術(shù)從結(jié)構(gòu)上分為兩級(jí)PFC和單級(jí)PFC。其中兩級(jí)PFC是目前普遍使用的比較成熟的PFC技術(shù)。3．2．1 兩級(jí)功率因數(shù)校正

目前研究的兩級(jí)PFC電路是由兩級(jí)變換器組成：第一級(jí)是PFC變換器，目的在于提高輸入的功率因數(shù)并抑制輸入電流的高次諧波；第二級(jí)為DC／DC變換器，目的在于調(diào)節(jié)輸出以便與負(fù)載匹配。具體實(shí)現(xiàn)方式很多，在通信用大功率開(kāi)關(guān)整流器中主要采用的方法是在主電路輸入整流和功率轉(zhuǎn)換電路之間串入一個(gè)校正的環(huán)節(jié)（Boost PFC電路）。典型的兩級(jí)變換器的結(jié)構(gòu)如圖所示。

典型的兩級(jí)PFC變換器電路圖

由于兩級(jí)分別有自己的控制環(huán)節(jié)，所以電路有良好的性能。它具有功率因數(shù)高、輸入電流諧波含量低，以及可對(duì)DC／DC變換器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。但兩級(jí)PFC電路也有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：一是由于有兩套裝置，增加了器件的數(shù)目和成本；二是能量經(jīng)兩次轉(zhuǎn)換，電源的效率也會(huì)有所降低。因此，兩級(jí)PFC電路一般應(yīng)用于功率較大的電路中。對(duì)于小功率的場(chǎng)合，由于成本及體積的限制，一般采用單級(jí)功率因數(shù)校正電路。3．2．2單級(jí)功率因數(shù)校正

單級(jí)PFC技術(shù)的基本思想是將有源PFC變換器和DC/DC變換器合二為一。兩個(gè)變換器共用一套開(kāi)關(guān)管和控制電路，因此單級(jí)PFC技術(shù)降低了成本，提高了效率，減小了電路的重量和體積。

典型的單級(jí)PFC變換器電路圖

單級(jí)PFC電路具有許多優(yōu)點(diǎn)：PFC級(jí)和DC／DC級(jí)共用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，共用一套控制電路，這就使得電路設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)捷，降低了硬件成本；變換中能提供任何選定的電壓和電流比；由于功率實(shí)現(xiàn)的是一次性變換，所以能獲得較高的效率和可靠性。單級(jí)PFC電路正因?yàn)榫哂羞@些優(yōu)良的性能而越來(lái)越得到廣泛的研究和應(yīng)用。

但是與傳統(tǒng)的兩級(jí)式DC/DC變換器相比，單級(jí)PFC變換器要承受更高的電壓應(yīng)力，有更多的功率損耗。這個(gè)問(wèn)題在開(kāi)關(guān)頻率較高時(shí)顯得尤為突出。而且由于開(kāi)關(guān)工作頻率不斷提高所帶來(lái)的電磁干擾問(wèn)題也日益嚴(yán)重，顯著影響了變換器工作的可靠性和頻率的提高。單級(jí)方案中還存在儲(chǔ)能電容電壓過(guò)高的情況，而且儲(chǔ)能電容電壓隨著輸入電壓及負(fù)載的變化而升高，這將會(huì)導(dǎo)致電路的穩(wěn)態(tài)特性受到一定的影響，同時(shí)某些元器件的體積成本會(huì)有所提高，這都是期待解決的問(wèn)題。通過(guò)比較可知，在輸出功率相同的情況下，單級(jí)功率因數(shù)校正電路在功率因數(shù)校正能力和電源的轉(zhuǎn)換效率等方面，相對(duì)于兩級(jí)功率因數(shù)校正電路而言，相對(duì)要差一些。近些年專家學(xué)者先后提出了許多零電壓及零電流軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，特別是將軟開(kāi)關(guān)技術(shù)與單級(jí)隔離型PFC技術(shù)結(jié)合在一起的方法，另外怎樣降低儲(chǔ)能電容上的電壓也是現(xiàn)在單級(jí)功率因數(shù)校正研究的熱點(diǎn)。

4、功率因數(shù)校正技術(shù)的發(fā)展方向

功率因數(shù)校正技術(shù)從早期的無(wú)源電路發(fā)展到現(xiàn)在的有源電路，新的拓?fù)浜图夹g(shù)不斷涌現(xiàn)。本文主要討論了有源功率因數(shù)校正方法。

通常從以下幾個(gè)方面來(lái)判斷一個(gè)功率因數(shù)校正電路的優(yōu)劣：功率因數(shù)的高低；輸入電流波形畸變的大小；效率和功率密度的高低；開(kāi)關(guān)管應(yīng)力的大小。一般要求功率因數(shù)要高，具有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定的輸出電壓，同時(shí)還要求開(kāi)關(guān)損耗要小，電壓應(yīng)力低，開(kāi)關(guān)頻率高，體積小，成本低等。而單一類型的PFC變換器要同時(shí)滿足這些要求是很困難的。這就要求采用復(fù)合類型的，在增加較少成本的條件下，盡可能滿足各項(xiàng)要求。也可采用最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使PFC變換器的某個(gè)技術(shù)或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為最優(yōu)或接近最優(yōu)的情況下，獲得該電路的一組最優(yōu)參數(shù)，并滿足其他各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。

近年來(lái)，功率因數(shù)校正技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題集中在以下幾個(gè)方面: 基于己有的原理新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出；把軟開(kāi)關(guān)等技術(shù)應(yīng)用于PFC電路中；單級(jí)PFC穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)變換器的穩(wěn)定性等的研究。因此，高性能、低成本的功率因數(shù)校正技術(shù)是研究人員追求的最終目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

【1】 嚴(yán)百平，不連續(xù)導(dǎo)電模式高功率因數(shù)開(kāi)關(guān)電源【M】．北京：科學(xué)出版社，2000 【2】 陳衛(wèi)昀．一種新型單級(jí)功率因數(shù)校正和變換電路【J】.電工技術(shù)雜志，1998，6． 【3】 IEEE Std．519—1992：IEEE recommended practices and requirements for harmonic control in electric power system．1993．

【4】周志敏等． 開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用【M】．北京：人民郵電處版社，2004．

第二篇：電子負(fù)載在開(kāi)關(guān)電源測(cè)試中的應(yīng)用

電子負(fù)載在開(kāi)關(guān)電源測(cè)試中的應(yīng)用

隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源--開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器、電子冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設(shè)備、視聽(tīng)產(chǎn)品、安防、電腦機(jī)箱、數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。

開(kāi)關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)換電路，主要的工作內(nèi)容是升壓和降壓，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)三極管總是工作在 “開(kāi)” 和“關(guān)” 的狀態(tài)，所以叫開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。

現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源有兩種：一種是直流開(kāi)關(guān)電源；另一種是交流開(kāi)關(guān)電源。本文里所提到的開(kāi)關(guān)電源則只是指直流開(kāi)關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。直流開(kāi)關(guān)電源的核心是DC/DC轉(zhuǎn)換器。因此直流開(kāi)關(guān)電源的分類是依賴DC/DC轉(zhuǎn)換器分類的。也就是說(shuō)，直流開(kāi)關(guān)電源的分類與DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類是基本相同的，DC/DC轉(zhuǎn)換器的分類基本上就是直流開(kāi)關(guān)電源的分類。

深圳市費(fèi)思泰克科技有限公司研發(fā)制造的可編程直流電子負(fù)載系列產(chǎn)品--FT6800A系列大功率可編程直流電子負(fù)載、FT6600A系列多通道可編程直流電子負(fù)載和FT6300A系列單通道可編程直流電子負(fù)載在應(yīng)用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

開(kāi)關(guān)電源在研發(fā)、制造以及品質(zhì)檢查過(guò)程中需要到一種專業(yè)的測(cè)試設(shè)備--直流電子負(fù)載。費(fèi)思可編程直流電子負(fù)載在對(duì)開(kāi)關(guān)電源做測(cè)試時(shí)，可以提供恒流、恒壓、恒阻和恒功率四種測(cè)試模式，并且這四個(gè)模式均可做瞬態(tài)測(cè)試，同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中開(kāi)過(guò)電源出現(xiàn)的過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)功率、電壓反向、過(guò)熱、吃載電壓和失控等異?，F(xiàn)象，費(fèi)思電子負(fù)載可根據(jù)異常類型采取相應(yīng)的保護(hù)措施，以有效得保護(hù)開(kāi)關(guān)電源和負(fù)載本身。產(chǎn)品本身具有強(qiáng)大的自動(dòng)測(cè)試功能，無(wú)需人為干涉，真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的測(cè)試自動(dòng)化。

此外，費(fèi)思科技為負(fù)載本身提供了一套具有虛擬儀器功能的功能性軟件，對(duì)于在測(cè)試過(guò)程中得到的數(shù)據(jù)可以打印報(bào)告、生成圖像、導(dǎo)出報(bào)表及保存數(shù)據(jù)，軟件以圖像和數(shù)據(jù)共同顯示的方式，更直觀和便于對(duì)比?？梢哉f(shuō)，費(fèi)思可編程直流電子負(fù)載是開(kāi)關(guān)電源制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)、制造以及品質(zhì)檢查過(guò)程中更精確、更周到及更方便的測(cè)試解決方案。在開(kāi)關(guān)電源測(cè)試中應(yīng)用到直流電子負(fù)載的項(xiàng)目主要有：功率因素和效率測(cè)試、能效測(cè)試、輸入電流測(cè)試、浪涌電流測(cè)試、電壓調(diào)整率測(cè)試、負(fù)載調(diào)整率測(cè)試、輸入緩慢變動(dòng)測(cè)試、紋波及噪音測(cè)試、上升時(shí)間測(cè)試、下降時(shí)間測(cè)試、開(kāi)機(jī)延遲時(shí)間測(cè)試、關(guān)機(jī)維持時(shí)間測(cè)試、輸出過(guò)沖幅度測(cè)試、輸出暫態(tài)響應(yīng)測(cè)試、過(guò)電流保護(hù)測(cè)試、短路保護(hù)測(cè)試、過(guò)電壓保護(hù)測(cè)試、重輕載變化測(cè)試、輸入電壓變動(dòng)測(cè)試、電源開(kāi)關(guān)循環(huán)測(cè)試、元器件溫升測(cè)試、高溫操作測(cè)試、高溫高濕儲(chǔ)存測(cè)試、低溫操作測(cè)試、低溫儲(chǔ)存測(cè)試、低溫啟動(dòng)測(cè)試、溫度循環(huán)測(cè)試、冷熱沖擊測(cè)試、絕緣耐壓測(cè)試、跌落測(cè)試、絕緣阻抗測(cè)試和額定電壓輸出電流測(cè)試等等數(shù)十項(xiàng)。

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展，這就使得開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)。另外，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。

相信電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，必然會(huì)使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著更為廣闊的發(fā)展前景。而要加快我國(guó)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國(guó)特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。（責(zé)編：佩）

第三篇：磁珠原理及其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

磁珠原理及其在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

導(dǎo) 讀：由于電磁兼容的迫切要求，電磁干擾(EMI)抑制元件獲得了廣泛的應(yīng)用。然而實(shí)際應(yīng)用中的電磁兼容問(wèn)題十分復(fù)雜，單單依靠理論知識(shí)是完全不夠的，它更依賴于廣大電子工程師的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。為了更好地解決電子產(chǎn)品的電磁兼容性這一問(wèn)題，還要考慮接地、電路與PCB板設(shè)計(jì)、電纜設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)等問(wèn)題。本文通過(guò)介紹磁珠的基本原理和特性來(lái)說(shuō)明它在開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì)中的重要性與應(yīng)用，以期為設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)提供必要的參考。

磁珠及其工作原理

磁珠的主要原料為鐵氧體，鐵氧體是一種立 方晶格結(jié)構(gòu)的亞鐵磁性材料，鐵氧體材料為鐵鎂合金或鐵鎳合金，它的制造工藝和機(jī)械性能與陶瓷相似，顏色為灰黑色。電磁干擾濾波器中經(jīng)常使用的一類磁芯就是 鐵氧體材料，許多廠商都提供專門用于電磁干擾抑制的鐵氧體材料。這種材料的特點(diǎn)是高頻損耗非常大，具有很高的導(dǎo)磁率，它可以使電感的線圈繞組之間在高頻高 阻的情況下產(chǎn)生的電容最小。新晨陽(yáng)鐵氧體材料通常應(yīng)用于高頻情況，因?yàn)樵诘皖l時(shí)它們主要呈現(xiàn)電感特性，使得損耗很小。在高頻情況下，它們主要呈現(xiàn)電抗特性并且隨 頻率改變。實(shí)際應(yīng)用中，鐵氧體材料是作為射頻電路的高 頻衰減器使用的。實(shí)際上，鐵氧體可以較好的等效于電阻以及電感的并聯(lián)，低頻下電阻被電感短路，高頻下電感阻抗變得相當(dāng)高，以至于電流全部通過(guò)電阻。鐵氧體 是一個(gè)消耗裝置，高頻能量在上面轉(zhuǎn)化為熱能，這是由它的電阻特性決定的。

對(duì)于抑制電磁干擾用的鐵氧體，最重要的性能參數(shù)為磁導(dǎo)率和飽和磁通密度。磁導(dǎo)率可以表示為復(fù)數(shù)，實(shí)數(shù)部分構(gòu)成電感，虛數(shù)部分代表?yè)p耗，隨著頻率的增加而增 加。因此它的等效電路為由電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，電感L和電阻R都是頻率的函數(shù)。當(dāng)導(dǎo)線穿過(guò)這種鐵氧體磁芯時(shí)，所構(gòu)成的電感阻抗在形式上是隨著頻 率的升高而增加，但是在不同頻率時(shí)其機(jī)理是完全不同的。在高頻段，阻抗主要由電阻成分構(gòu)成，隨著頻率的升高，新晨陽(yáng)電容電感磁芯的磁導(dǎo)率降低，導(dǎo)致電感的電感量減小，感抗成分減小，但是，這時(shí)磁芯的損耗增加，電阻成分增加，導(dǎo)致總的阻抗增加，當(dāng)高頻信號(hào)通過(guò)鐵氧體時(shí)，電磁干擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能的形式消耗掉。在低頻段，阻抗主要由電感的感抗構(gòu)成，低頻時(shí)R很小，磁芯的磁導(dǎo)率 較高，因此電感量較大，電感L起主要作用，電磁干擾被反射而受到抑制，并且這時(shí)磁芯的損耗較小，整個(gè)器件是一個(gè)低損耗、高品質(zhì)因素Q特性的電感，這種電感 容易造成諧振，因此在低頻段時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)使用鐵氧體磁珠后干擾增強(qiáng)的現(xiàn)象。

磁珠種類很多，制造商會(huì)提供技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。有的磁珠上有多個(gè)孔洞，用導(dǎo)線穿過(guò)可增加元件阻抗(穿過(guò)磁珠次數(shù)的平方)，不過(guò)在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力可能不如預(yù)期的多，可以采用多串聯(lián)幾個(gè)磁珠的辦法。

值得注意的是，高頻噪聲的能量是通過(guò)鐵氧體磁矩與晶格的耦合而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)出去的，并非將噪聲導(dǎo)入地或者阻擋回去，如旁路電容那樣。因而，在電路中安裝鐵氧體磁珠時(shí)，不需要為它設(shè)置接地點(diǎn)。這是鐵氧體磁珠的突出優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵字：磁珠 電感

第四篇：開(kāi)關(guān)電源在專業(yè)功放中的應(yīng)用分析

開(kāi)關(guān)電源在專業(yè)功放中的應(yīng)用分析 廣州郵科電源，直流電源、通信電源生產(chǎn)廠家，服務(wù)熱線：020-85532781 官網(wǎng)：眾所周知：現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展正以空前的規(guī)模改造著傳統(tǒng)的舊式電氣設(shè)備，廣泛進(jìn)入了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。它具有功率密度大、體積小、重量輕、高效率、高可靠性和低噪聲，低污染的優(yōu)良品質(zhì)，極大地節(jié)約了電能、降低了材耗與成本，明顯地減少了電磁干擾。正如現(xiàn)時(shí)在我們?nèi)粘Ｉ钪辛餍械摹白冾l空調(diào)”、“節(jié)源40%以上的冰箱”、及工業(yè)常見(jiàn)的“弧焊、電解、加熱、充電、超聲、電機(jī)調(diào)速”等等高技術(shù)附加值產(chǎn)品，正就是使用了高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的結(jié)果！

我們現(xiàn)在來(lái)回顧一下：我們現(xiàn)代的高頻大功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)，其實(shí)是一項(xiàng)知識(shí)面寬、跨度大、難度大、又極具風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜技術(shù)，它能把電網(wǎng)提供的強(qiáng)電和粗電，變換成各種電氣設(shè)備和儀器所需要的高穩(wěn)定度精電和細(xì)電，即提供不同規(guī)格的電壓和電流值，它是現(xiàn)代電子設(shè)備中重要的中央供電系統(tǒng)。有統(tǒng)計(jì)稱：在電氣設(shè)備中的常見(jiàn)故障有近一半出在電源問(wèn)題上，我想這一點(diǎn)都不為過(guò)。因?yàn)楝F(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源所涉及的內(nèi)容橫跨了多個(gè)學(xué)科，大概如微電子精細(xì)加工的智能化控制芯片系統(tǒng)，和日益更新的高性能功率電力器件及高頻變壓器磁性材料，非晶和微晶等等領(lǐng)域，正是如此，也就足以證明了這項(xiàng)技術(shù)的高科技含量的價(jià)值，是一般企業(yè)可望而不可及的。由于時(shí)間關(guān)系，在此也就不多作展開(kāi)闡述了。我現(xiàn)在所講的專業(yè)攻放開(kāi)關(guān)電源：就是在現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上解除了其大環(huán)路反饋，消除了其因穩(wěn)壓需要而調(diào)整開(kāi)關(guān)脈寬而造成開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速率突降而形成對(duì)功放大動(dòng)態(tài)瞬間輸出供電電力不足矛盾的一種新型電源。它就是一種全新開(kāi)發(fā)的無(wú)反饋、無(wú)穩(wěn)壓、有良好浮動(dòng)負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力的專利技術(shù)FPA品牌專業(yè)功放專用開(kāi)關(guān)電源，也就是我今天所講的主題。

FPA專業(yè)功放專用配套“高頻開(kāi)關(guān)電源”除具有以上優(yōu)點(diǎn)外，更具特有的軟接通軟關(guān)斷及交流功率因素校正（PFC）電路單元，絕對(duì)杜絕了開(kāi)關(guān)機(jī)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和污染，使交流電源的利用率提高40%以上。對(duì)過(guò)欠壓、過(guò)載、短路等完善的保護(hù)電路措施也是此電源的又一亮點(diǎn)。此外，還采用了智能壓限電路，保證該機(jī)在不同負(fù)載（1Ω-16Ω）不同功率下均徹底消滅了削波失真。還有，該機(jī)的負(fù)載范圍寬，在2Ω負(fù)載下仍能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，因而適應(yīng)能力更廣。它也具有橋接功能，先進(jìn)的溫控系統(tǒng)；更值得一提的是，它還有對(duì)整機(jī)輸入信號(hào)的靈敏度有自動(dòng)適應(yīng)能力（0dB～+20dB），對(duì)各種音源的適應(yīng)能力更強(qiáng)大。此電源的最大輸出功率在4000-5000W間，目前電源產(chǎn)品輸出最高直流電壓為：±75V、±150V、單邊電流30A，完全滿足二階H類專業(yè)功放的供電，此電源對(duì)應(yīng)功放輸出有：8Ω/85V即950W連續(xù)有效功率，4Ω/70V即1200W連續(xù)有效功率，此功放對(duì)應(yīng)公司型號(hào)為FPA品牌CE1200，重量?jī)H是傳統(tǒng)的1/

4、2U機(jī)箱。由于應(yīng)用了開(kāi)關(guān)電源的專業(yè)功放體現(xiàn)眾多優(yōu)點(diǎn)，它代表專業(yè)功放的發(fā)展方向，是當(dāng)前專業(yè)功放又一佳作。

第五篇：Matlab在變流裝置功率因數(shù)教學(xué)中應(yīng)用ing

Matlab在整流裝置功率因數(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

臧義，蘇寶平

(河南工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河南省 鄭州450007)摘要：在電力電子技術(shù)課程教學(xué)中，整流裝置功率因數(shù)的分析與講解是課程難點(diǎn)之。利用Matlab電力系統(tǒng)工具箱搭建各種仿真模型，可以方便的觀察電路變化對(duì)輸入輸出波形及其諧波以及無(wú)功功率特性的影響，從而得出提高電路功率因數(shù)的各種方法。結(jié)合Matlab仿真進(jìn)行教學(xué)，有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)功率因數(shù)概念的理解。

關(guān)鍵詞：電力電子 變流裝置 功率因數(shù) Matlab

Application of Matlab in Teaching of the power factor for rectifier set

ZANG Yi, SU Bao-ping(College of Electrical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450007, Henan Province, China)Abstract: The method of designing the transfer function of a controller with the Matlab SISO Design Tool is introduced in this paper.According to the requirements of the system, the controller of a DC Motor is designed with the SISO Design Tool based on the mathematical model.The transfer function of the controller was determined by real time monitoring the step response curve of the system model, the validity of the design is then ensured.The studies can be used in experimental teaching of performance analysis for DC motor control system and frequency-domain design for control system.Key words: Power electrics;rectifier set;power factor;Matlab

功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備用電效率高低的一個(gè)系數(shù)，是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)低，說(shuō)明電路消耗的無(wú)功功率大，降低了電力設(shè)備（如發(fā)電機(jī)、變壓器等）的利用率，增加了輸電線路上的供電損失。功率因數(shù)與電路的負(fù)載性質(zhì)有著直接的關(guān)系，負(fù)載類型對(duì)功率因數(shù)的影響已為人們所熟知，而電力電子裝置等非線性設(shè)備產(chǎn)生的諧波也對(duì)功率因數(shù)有著直接的影響。若負(fù)載中有電感、電容及電阻以外的元件（非線性負(fù)載），會(huì)使得輸入電流的波形扭曲，也會(huì)使視在功率大于有功功率。本文主要以多脈波整流電路為例，對(duì)電力電子裝置的功率因數(shù)進(jìn)行分析，進(jìn)而給出提高整流電路功率因數(shù)的常用方法。

電壓u與電流i的波形如圖2所示，輸入電壓u為正弦波，輸入電流i為正負(fù)對(duì)稱的矩形波，且相位滯后電壓φ角度；i1是輸入電流的基波分量。

VT1VT2iuidudLRTabVT3VT4

圖 1 單相橋式整流電路

u,iI φui1iωt1.變流裝置功率因數(shù)分析

變流裝置的功率因數(shù)定義為交流側(cè)有功功率與視在功率的比值。以單相橋式全控整流電路為例，當(dāng)整流電路輸出端串接平波電抗器的電感量足夠大時(shí)，其負(fù)載電流Id的波形基本上是水平的[教材]，電路如圖1所示。在理想情況下，整流電路交流側(cè)輸入

圖 2 感性負(fù)載時(shí)輸入波形

電路提供給整流裝置的總功率即視在功率為S=U*I，U、I分別為交流電壓、電流的有效值。

由于u是正弦波，而i是正負(fù)對(duì)稱的矩形波，由電工基礎(chǔ)可知只有同頻率的電壓與電流才能夠形成有功功率，非正弦電壓與電流構(gòu)成的有功功率為直流分量功率與各次諧波有功功率之和。對(duì)于上述幅值為I的矩形波電流在上升沿處進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得：

i=4Iπ(sinwt+13sin3wt+15sin5wt+L+1

ksinkwt+L)(k為奇數(shù))由于電壓波形為正弦波，因此電流僅有基波分量能夠與其形成有功功率。電網(wǎng)輸入的有功功率P為：P=U*I1cosφ

其中I1—交流電流基波分量的有效值；cosφ—基波電流i1與u相位差的余弦，稱為位移因數(shù)；從圖中可以看出，對(duì)于單相整流電路，φ即是電路的控制角α。

所以該整流裝置的總功率因數(shù)λ可表示為：

λ=P/S= U*I1cosφ/ U*I= I1/I*cosφ=ν*cosα

式中ν=I1/I是電流基波有效值與總電流有效值之比，表示電流波形的畸變程度，稱為畸變系數(shù)。

因此，整流裝置的功率因數(shù)等于畸變系數(shù)與位移因數(shù)的乘積。當(dāng)電壓電流波形均為正弦時(shí)，畸變系數(shù)值為1，功率因數(shù)僅與位移因數(shù)有關(guān)；因此，通常用cosφ表示普通正弦電路的功率因數(shù)。

對(duì)于上述整流電路，矩形波交流電流i的基波分量為i1=4*I*sinωt/π，基波分量的有效值為I1=4*I/(sqrt(2)*π)，畸變系數(shù)ν= I1/I=0.9。因此，電路的總功率因數(shù)為λ=0.9 cosα。當(dāng)控制角α=0°時(shí)，功率因數(shù)最大為0.9。這是因?yàn)榇藭r(shí)電流基波與電壓同相位，但是由于電流為矩形波，存在的諧波電流產(chǎn)生了無(wú)功功率，使整流電路的功率因數(shù)降低。

2.提高電路功率因數(shù)的方法

從上述分析可以看出，晶閘管可控整流

裝置功率因數(shù)低的原因有：

一、電壓與基波電流之間的位移因數(shù)，該系數(shù)是由于可控整流裝置通過(guò)控制角α調(diào)壓引起的。

二、電流波形畸變程度較大，電流波形中的高次諧波均為無(wú)功分量；所以減小諧波含量與提高功率因數(shù)有直接關(guān)系?？梢圆捎靡韵路绞剑岣哐b置的功率因數(shù)。

1)小控制角運(yùn)行，采用整流變壓器二次側(cè)抽頭或者星三角形變換等方法降低加在整流裝置上的二次電壓，使裝置盡量運(yùn)行在小控制角狀態(tài)，減小電壓與電流間的位移。2)增加整流相數(shù)，整流相數(shù)越多，電流中高次諧波的最低次數(shù)越高，且幅值也越小，使畸變系數(shù)更接近1。如三相橋式整流電路的畸變系數(shù)為0.955。

3)設(shè)置補(bǔ)償電容，由于電容電流超前電壓，當(dāng)電容與負(fù)載并聯(lián)式，可使從而使位移因數(shù)接近1。但由于變流電路大多會(huì)產(chǎn)生高次諧波，在某一頻率附近電容可能會(huì)與電路中的電感產(chǎn)生諧振而被擊穿。因此，對(duì)于高次諧波電流引起的電路功率因數(shù)變低，如常用的變頻器，設(shè)置補(bǔ)償電容并不合適。4)用不可控整流配合直流斬波調(diào)壓來(lái)代替可控整流，這樣可以使位移因數(shù)為1，而且直流回路的高頻濾波比較容易。

5)可控整流中，采用全控型可關(guān)斷器件實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫換相。例如對(duì)于控制角為α的電路，在π-α?xí)r關(guān)斷導(dǎo)通器件，從而使基波電流與電源電壓同相位，位移因數(shù)為1。該方法也成為對(duì)稱角控制，但每半個(gè)周期內(nèi)只有一個(gè)脈沖，最低次諧波為三次，仍給濾波帶來(lái)了困難。脈寬調(diào)制（PWM）整流技術(shù)利用全控型開(kāi)關(guān)器件，使電路輸入電流脈寬按照正弦規(guī)律變化，從而減少輸入電流諧波成分。這種整流方式也稱為斬控整流，不但具有對(duì)稱角控制的優(yōu)點(diǎn)，而且可以使交流電網(wǎng)輸入電流十分接近正弦，諧波成分少，裝置的功率因數(shù)可接近1。

3.仿真分析

從上述方法2中的分析可知，增加整流相數(shù)有利于減小波形的畸變，進(jìn)而提高功率因數(shù)。實(shí)際使用中，可以將基本整流電路進(jìn)行多重連接來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如將變壓器兩組二次繞組分別接成星形和三角形，且一次繞組和兩個(gè)二次繞組的匝數(shù)比為1:1:1.732時(shí)，可以在二次側(cè)得到幅值相等、相位相差30°的兩組三相交流電。分別進(jìn)行整流后再串聯(lián)，即可得到每個(gè)交流電源周期脈動(dòng)12次的12脈波整流電路。

利用Matlab/Simulink搭建了上述整流后串聯(lián)電路的仿真模型，如圖3所示。電源

Scope相電壓峰值100V，頻率50Hz，三相三繞組變壓器接成YYD形式，電壓比為1:1:1。負(fù)載電感100mH，電阻10Ω。其中由Current Measurement讀取變壓器A相電流，經(jīng)示波器Scope顯示并保存數(shù)據(jù)后，利用Powergui模塊對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉被變換FFT分析?！竞槟藙俻113】

iAi+-ABC+v-+v-+v-Current Measurementa2b2c2a3b3c3gABC+-Y Thyristor ConverterLoadTransformer30alpha_degPYABCPDblockgABC+uaubVaVbVc0-ucEnable Synchronized12-Pulse GeneratorD Thyristor ConverterContinuouspowergui 圖 2 12脈波整流仿真電路當(dāng)接大電感負(fù)載時(shí)，該電路的輸入電流波形如圖b所示。其中圖b的電流i'ab2為變壓器二次側(cè)第二組繞組電流iab2折算到一次側(cè)A相繞組中的電流，圖b的輸入總電流iA為圖a中ia1和i'ab2的和?？梢钥闯?，電網(wǎng)輸入電流為六個(gè)階梯的波形，更接近正弦。

其中二次側(cè)電流ia的傅立葉級(jí)數(shù)表達(dá)式為：

另一組二次側(cè)電流iab超前ia相位30°，由于繞組是星形/三角形連接，所以折合到一次側(cè)時(shí)，可以表示為：

i'ab=2311Id[sinwt+sin5wt+sin7wtp5711+sin11wt+sin13wt+L]1113 網(wǎng)側(cè)輸入總電流iA為ia1和i'ab2的和：

ia=2311Id[sinwt-sin5wt-sin7wtp5711+sin11wt+sin13wt-L]1113式中，??2?f是電源電壓角頻率，IdiA=i'a+i'ab=431Id[sinwt+sin11wtp11111+sin13wt+sin23wt+sin25wtL]***Idsinwt+Id?sinnwtppn=12k 1nk=1,2,3L

=是直流電流。

由于變比為1:1，所以折合到一次側(cè)后的表達(dá)式與上式相同。

可以看出，二次側(cè)中含有的5、7次兩個(gè)主要電流諧波被消除，輸入電流中僅含有12k±1次諧波，且隨著諧波次數(shù)增加，諧波幅值逐漸降低，因此基波電流畸變程度降低。

可得電流基波有效值為：I431?2?Id，畸變系數(shù)ν= I1/IA=0.9886。

利用powergui中的FFT Analysis模塊可以對(duì)各個(gè)波形進(jìn)行諧波分析，從一次側(cè)電流頻譜可以看出，波形中不含偶次諧波、6的整數(shù)倍諧波，主要諧波是11、13、23、25…，基波電流有效值約為0.9886，均與理論分析結(jié)果相符。

隨著整流脈波數(shù)的增加，整流裝置的諧波性能及功率因數(shù)均會(huì)提升。目前在單元串聯(lián)型高壓變頻器中，普遍利用移相變壓器來(lái)降低輸入電流諧波，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

4.結(jié)論

本文對(duì)非線性電路功率因數(shù)進(jìn)行了分析，并介紹了提高變流電路功率因數(shù)的方法。以十二脈波整流電路為例，通過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)輸入電流的諧波成分進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析；利用Matlab/Simulink搭建了仿真模型，對(duì)系統(tǒng)諧波及基波成分進(jìn)行了測(cè)量，仿真結(jié)果與理論分析一致。對(duì)整流裝置功率因數(shù)的研究，可以為進(jìn)一步學(xué)習(xí)諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)於ɑA(chǔ)。對(duì)于電力電子電路的研究和分析，通過(guò)仿真可以省去復(fù)雜的計(jì)算，是一種高效便捷的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 丘東元,眭永明,王學(xué)梅,張波.基于Saber的“電力電子技術(shù)”仿真教學(xué)研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2011(02)[2] 廖德利,李先允.應(yīng)用型本科“電力電子技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].中國(guó)電力教育.2010(28)[3] 榮軍,萬(wàn)軍華,陳曦,萬(wàn)力.計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在電力電子技術(shù)課堂教學(xué)難點(diǎn)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2012(08)[4] 劉晉,牛印鎖,文俊.國(guó)內(nèi)外“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)研究[J].中國(guó)電力教育.2012(06)[5] 李先允,廖德利,許峰,陳剛.應(yīng)用型本科“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2011(S1)

[6] 戴鈺,丘東元,張波,肖文勛.基于Matlab的移

相全橋變換器仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2011(05)

[7] 丘東元,劉斌,張波,王學(xué)梅.“電力電子技術(shù)”綜

合性課程設(shè)計(jì)內(nèi)容探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2012(01)

[8] 丘東元,張波.基于仿真平臺(tái)的“電力電子技

術(shù)”教學(xué)模式探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2010(02)

[9] 傅永花,張波,丘東元.無(wú)功補(bǔ)償自動(dòng)投切裝置

——一個(gè)AC—AC變換器教學(xué)實(shí)例[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2011(02)

[10] 戴鈺,丘東元,張波,肖文勛.基于Matlab的移

相全橋變換器仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理.2011(05)