三相无源PFC电路的仿真研究.docx
- 文档编号:18164885
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:170.95KB
三相无源PFC电路的仿真研究.docx
《三相无源PFC电路的仿真研究.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《三相无源PFC电路的仿真研究.docx(13页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
三相无源PFC电路的仿真研究
三相无源PFC电路的仿真研究
2020年09月14日王吉校/王宁/甘林川来源:
《中国电源博览》编辑:
樊晓琳
摘要:
在对大电容滤波的三相不控整流电路仿真研究的基础上,指出了该电路存在的缺点。
通过在电路中加入电感、电容、二极管和变压器等无源器件能够改善输入相电流波形,达到功率因数校正的目的。
针对不同的电路拓扑,别离采纳Matlab/软件进行了仿真研究,给出了无源PFC后的输入相电压相电流波形,并对输入相电流进行了谐波分析。
关键词:
三相整流电路;无源PFC;Matlab仿真
Abstract:
Theshortcomingsofthethree-phase-uncontroledrectifiercircuitareintroducedaftersimulationandanalyzingthethree-phase-uncontroledrectifierinputphase-current’swaveisimprovedandthePFvalueisadvancedthroughaddinginductance,capacitance,diodeandtransformertothethree-phase-uncontroledrectifiercircuit.AllthetopologiesarerespectivelysimulatedbyMatlab/.Theinputphase-voltageand phase-current’swavesareafforded.Theinputphase-current’sharmoniousareanalyzedatlast.
Keywords:
three-phaserectifiercircuit;passivePFC;Matlabsimulation
1 引言
随着三相变频设备的普遍应用,三相不控整流桥加大电容滤波电路的利用数量日趋增加,由此而产生的谐波电流对电网造成的污染愈来愈严峻,从而致使能量损耗也愈来愈多。
关于这种前级采纳不控整流桥的变换器而言,其实不管后级带何种负载,由于整流桥的非线性都会使得输入电流波形严峻畸变,特点谐波含量严峻超标,电流畸变率很高,并最终使得功率因数很低,电源总容量的利用率降低[1]。
为了限制电流波形畸变产生的谐波并净化电磁环境,须对产生谐波污染的装置进行功率因数校正。
功率因数校正的方式有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种。
本文要紧介绍采纳无源功率因数校正的手腕来抑制或排除谐波污染的电路。
2 大电容滤波的三相不控整流电路及仿真研究
关于在单相不控整流电路中,若是负载等效为一个电阻,那么输入功率因数为1。
但在三相不控整流电路中,即便负载等效为一个电阻,也不能取得中意的功率因数,缘故在于三相不控整流电路中三相电压通过不控整流桥相互耦合,输入电流是三个相电压的函数,不可能同时兼顾三相输入电流,使任何一相输入电流都不能独立操纵为正弦波形,必需对三相输入电压进行解耦[1]。
图1a为大电容滤波的三相不控整流电路结构。
图1a大电容滤波的三相不控整流电路
结合电路结构,下面对大电容滤波的三相不控整流电路进行仿真分析。
仿真参数设置如下:
输入相电压有效值
,输出滤波电容
,负载
。
任意一相的输入相电压相电流波形如图1b所示,图1c为输入电流的谐波分析图,仿真测量的功率因数值为。
通过仿真结果能够看出:
这种电路具有功率因数低,输入电流的总谐波畸变程度大,输入谐波电流含量严峻超标的缺点。
图1b大电容滤波的三相不控整流电路输入电压电流波形
图1c大电容滤波的三相不控整流电路输入电流谐波分析
3 高功率因数三相无源AC/DC变换器电路及仿真[2][4]
在分析大电容滤波的三相不控整流电路的基础上,下文将讨论三相无源PFC电路,其实现方案主若是采取两个方面的方法:
一个是单相无源PFC的技术方案在三相电路的应用,即通过增加无源的电感、电容来实现;另一个是为了改善输入电流的波形系数,采纳移相变压器的多脉波整流技术。
下文将详细论述各类电路的拓扑结构,并利用Matlab软件对各电路进行仿真研究。
桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路
桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路的拓扑结构
桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路的拓扑结构电路如图2a所示,其特点是在原有三相不控整流电路的整流桥后负载之前串联一个电抗器,如图2a所示。
图2a桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路
桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路的Matlab仿真研究
下面利用Matlab仿真软件对电路进行仿真,其中解算选项为:
可变步长,最大步长是
,相对精度为
,算法选择
,仿真时刻设为1s,其它选项默许[2](下文中的仿真都采纳如此的设置,再也不重复表达)。
仿真参数设置如下:
输入相电压有效值
,输出滤波电容
,负载
。
电感
,仿真结果如图2b所示,图2c为输入电流的谐波分析图。
从图中能够看出:
整流桥后串联电抗器与未串联电抗器相较,电流波形改善超级明显,通过测量求得功率因数值。
在负载相同的情形下,功率因数的增加值接近,因此,整流桥后串联电抗器能专门大程度的提高功率因数。
图2b桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路输入电压电流波形
图2c桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路输入电流谐波分析
桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路[4]
桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路的拓扑结构
桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路的拓扑结构如图3a所示,其特点是别离在原有三相全桥整流电路的交流输入侧加无源滤波器电感和电容,其三相交流输入端每相别离串联滤波电感,输入滤波电容采纳三角形接法。
图3a 桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路
桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路的Matlab仿真研究
要紧仿真参数:
三相交流输入电压为
。
输入滤波电容参数
,输入滤波电感参数
,三相整流桥输出滤波电容C=1800μF,负载电阻R=50Ω。
图3b示出输入相电压
和相电流
的仿真波形,图3c为输入电流的谐波分析图。
通过测量求得功率因数值为总的谐波失真率THD=%。
通过仿真发觉交流输入端加LC无源滤波器,降低了输入相电流的THD值,提高了电路的功率因数;增大滤波电容C,将致使相电流基波相位超前相电压的角度增大,三相交流输入端呈容性,整流输出电压增高,致使后级DC/DC变换器的开关管电压应力增大;同时增大滤波参数L和C,虽能降低电路的THD值,提高电路的功率因数值,使其最大值能达到,但整流输出电压大幅增高。
图3b桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路输入电压电流波形
图3c桥前采纳LC滤波器的三相无源PFC电路输入电流谐波分析
桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路
桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路的拓扑结构
桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路如图4a所示,其特点是别离在原有三相全桥整流电路的交流输入侧加无源滤波器电感和电容,其三相交流输入端每相别离串联滤波电感L,输入滤波电容C采纳三角形接法。
同时在原有三相不控整流电路的整流桥后负载之前串联一个电抗器。
图4a 桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路
桥后采纳电抗器桥后采纳电抗器的无源三相无源PFC电路的Matlab仿真研究
要紧仿真参数:
三相交流输入电压为
。
输入滤波电容参数
,输入滤波电感参数
,三相整流桥输出滤波电容C=1800μF,电感L=15mH,负载电阻R=50Ω。
图4b示出输入相电压
和相电流
的仿真波形,图4c为输入电流的谐波分析图。
通过测量求得功率因数值为总的谐波失真率THD=%。
通过仿真发觉交流输入端加LC无源滤波器,降低了输入相电流的THD值,提高了电路的功率因数;整流桥后串联电抗器与未串联电抗器相较,电流波形改善超级明显。
图4b桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路输入电压电流波形
图4c桥前采纳LC滤波器桥后采纳电抗器的三相无源PFC电路输入电流谐波分析
基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路
基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路的拓扑结构
采纳移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路拓扑如图5a所示,其中L1~L3、C1~C3组成三相输入滤波器,移相变压器采纳两组接法,YΔ联结和Y/Y联结。
通过三相输入滤波器的输入电压通入移相变压器后,取得互差30°的六相对称点压,供给六相整流器,为后级电解电容器组供电,如此就能够够取得一个正弦度很高的输入电流。
图5a 基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路
基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路的Matlab仿真研究
参照图5a成立仿真模型,其参数设置为:
三相交流输入电压为
。
输入滤波电容参数
,输入滤波电感参数
,三相整流桥输出滤波电容C=1800μF,负载电阻R=50Ω。
图5b示出示波器显示的输入相电压
和相电流
的仿真波形,图5c为输入电流的谐波分析图。
通过测量求得功率因数值为总的谐波失真率THD=%。
该拓扑显示的输入电流正弦度比较好,可是位移因数小于1,因此整体功率因数不高。
图5b基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路输入电压电流波形
图5c基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路输入电流谐波分析
基于移相电感器的三相无源PFC整流电路[5]
基于移相电感器的三相无源PFC整流电路的拓扑结构
基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路结构如图6a所示,要紧由以下几部份组成,Ua、Ub、Uc组成三相电源;C一、C2和C3均为小电容用于电源低级滤波;L1到L9为三相移相电抗器,要紧用于功率因数校正;D1到D12组成12脉波整流器,用于对三相移相电抗器输出的三相交流电进行整流;L10为电抗器,用于进一步提高功率因数;C4为输出滤波电容;R为负载。
其特点是在12脉波整流器前串联三相移相电抗器,从而实现功率因数校正功能。
图6a 基于移相电感器的三相无源PFC整流电路
基于移相电感器的三相无源PFC整流电路的Matlab仿真研究
器件参数设置如下:
VS1、VS2和VS3为标准正序三相正弦电压源,相电压有效值220V,频率50Hz;L1、L2和L3为三相输入电抗器,取值15mH,为了便于收敛串联一个小电阻Ω;C1、C2和C3为相间滤波电容,取值为25μF;L4为桥后平波电抗,取值为10μF;C4为电解电容,用做输出滤波,取值为1800μF;R电阻负载,取值为20Ω[3][4]。
系统进入稳态后,输入相电流波形如图6b中所示。
能够看出变换器输入电流专门好的跟踪了输入相电压的波形,通过无源功率因数校正后的输入相电流具有专门好正弦特性,图6c为输入电流的谐波分析图。
其大小可由示波器读出为。
和大电容滤波的三相整流电路的功率因数相较增大了。
基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路仿真进程中测定的输入电流的总谐波畸变值还不到,可见基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路专门大程度的减小了输入电流的总谐波畸变。
图6b基于移相电感器的三相无源PFC整流电路输入电压电流波形
图6c基于移相电感器的三相无源PFC整流电路输入电流谐波分析
4 终止语
通过仿真发觉,不同的无源功率因数校正方案,具有不同的校正成效,而且功率因数的值还受负载等其他条件的阻碍。
无源PFC电路采纳电感、电容、二极管等元器件,代替了价钱昂贵的有源器件,同时也少了复杂的操纵回路和反馈环节,价钱也大幅度下降,尽管电感、电容的存在造成体积、重量的增大,可是关于大功率设备来讲,若是在参数设置、电路优化等环节进一步分析研究,能够在提高其功率因数和效率的同时最大程度地知足工业需求,因此,无源PFC电路市场前景仍然广漠。
参考文献:
[1]周志敏,周纪海,纪爱华.开关电源功率因数校正电路设计与应用.北京:
人民邮电出版社,.
[2]洪乃刚.电力电子和电力拖动操纵系统的Matlab仿真.北京:
机械工业出版社,.
[3]石健将,张建国.两种三相无源功率因数校正技术的比较研究.电力电子技术.2005(04),42-44.
[4]王吉校,钱希森,王永民.基于Matlab仿真的功率因数测定方式研究.UPS应用.2006(12),36-41.
[5]王吉校,钱希森,任开春.基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路的Matlab仿真.电气应用.2007(10).
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 三相 无源 PFC 电路 仿真 研究