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知識(shí)|減小航空電源中輸入電流諧波的方法

作者:admin 發(fā)布日期: 2020-12-09 二維碼分享

電力電子裝置在工業(yè)及民用中不斷普及,給電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的諧波污染,因此功率因數(shù)校正技術(shù)(Power Factor Correction,PFC)越來越受到人們的關(guān)注。單相升壓型PFC變換器由于其高功率因數(shù)、高效率得到了廣泛的應(yīng)用,但是在輸入電壓過零附近,輸入電流會(huì)發(fā)生畸變。隨著輸入頻率增加時(shí),尤其是航空電網(wǎng)頻率在360 Hz一800 Hz時(shí),畸變會(huì)變得更加嚴(yán)重,各次諧波很難滿足航空系統(tǒng)提出的RTCADO一160D標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)存的PFC設(shè)計(jì)技術(shù)在航空電源的應(yīng)用中受到了局限。

近年來,高性能PFC技術(shù)的研究又激發(fā)了人們的熱情,提出了各種方法和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來改善輸人電流過零畸變,使輸入電流諧波滿足航空電源系統(tǒng)提出的標(biāo)準(zhǔn)。

隨著電網(wǎng)頻率增加時(shí),輸入電流超前于輸入電壓的相位會(huì)增加,從而使功率因數(shù)降低,電流諧波含量增大,提出了抵消超前相位導(dǎo)納技術(shù)(LPAC)來減小過零畸變;當(dāng)輸入電壓過零時(shí),輸入電流跟蹤不上基準(zhǔn)電流的相位Φc和輸入電流與電壓之間的相位差θ是產(chǎn)生過零畸變的根本原因,提出采用多電平技術(shù)來減小過零畸變和電流諧波含量;一種改善PFC變換器輸入電流過零畸變的方法的資料提出了一種數(shù)字控制策略,通過在輸人電壓過零點(diǎn)時(shí)刻檢測(cè)輸入電流值,根據(jù)檢測(cè)到的值實(shí)時(shí)修正參考輸入電壓的初相角,直至輸入電流與輸人電壓同相位,從而減小輸入電流過零畸變。

本文介紹上述三種方法來改善輸入電流過零畸變,從而減小輸入電流諧波,重點(diǎn)介紹了LPAC技術(shù)來改善過零畸變。通過比較這三種方法,得出電流相位超前補(bǔ)償技術(shù)在工程應(yīng)用中是.適合的方法,并且基于控制芯片UCC3817,設(shè)計(jì)制作了一臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性。

1.1 三電平技術(shù)

當(dāng)輸入電壓過零時(shí),輸入電流跟蹤

不上基準(zhǔn)電流的相位Φc,輸入電流與電壓之間的相位差θ是產(chǎn)生過零畸變的根本原因。為了減小Φc,需要減小L,受電流紋波的限制,必須提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率;為了減小θ,需要減小 CZ、CP和L,這樣會(huì)提高系統(tǒng)的截止頻率,系統(tǒng)要保證穩(wěn)定也需要相應(yīng)地提高開關(guān)頻率。三電平技術(shù)在不提高開關(guān)頻率的前提下,等效開關(guān)頻率提高了2倍,并減小電感到原來的1/4,即 LTLBoost = LBoost/4,這樣可以有效減小高頻輸入時(shí)的Φc 。

為了驗(yàn)證該技術(shù)的正確性,筆者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,分別制作了一臺(tái)1 kW Boost TL和Boost PFC變換器原理樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)參數(shù):輸入交流電壓為Uin=115Vac±10% / 400—800 Hz;輸出電壓Uo=200 V;輸出電流Io=5 A;TL Boost電感為L(zhǎng)TLBoost =0.09 mH;Boost電感為L(zhǎng)Boost =0.36 mH;TL Boost輸出濾波電容Cf1=Cf2=2 400μF;Boost濾波電容Cf= 2400μF;開關(guān)頻率為.fs=100 kHz。

數(shù)字控制技術(shù)

針對(duì)Boost PFC變換器輸入電流過零畸變的原因,網(wǎng)絡(luò)資料一種改善PFC變換器輸入電流過零畸變的方法中提出了數(shù)字控制策略(如圖4所示),來改善PFC輸入電流過零畸變。通過在輸入電壓過零點(diǎn)檢測(cè)輸入電流值,根據(jù)所檢測(cè)到的電流值來實(shí)時(shí)修正參考輸入電壓Ug( t),直到輸入電流與輸入電壓同相位,從而減小輸入電流的波形畸變。通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)參考輸人電壓信號(hào)相位的控制,而不需要對(duì)主電路做任何改動(dòng)。

在輸入電壓頻率為400 Hz時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,LPAC技術(shù)能明顯減小過零畸變,輸入電流諧波含量能滿足航空電源諧波標(biāo)準(zhǔn),證明了該方法的可行性。

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