有源功率因數校正技術

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有源功率因數校正技術

在20世紀80年代中后期，電源適配器有源功率因數校正技術（APFC）引起了國內外許多學者的重視，進行了許多專題研究并取得大量成果。這些成果主要集中在PFC的原理、方法、電路拓撲、控制技術等方面。本章將較為系統地介紹這些成果。有源功率因數校正通過有源電路（主動電路）讓輸入功率因數提高，控制開關器件讓輸入電流波形跟隨輸入電壓波形，相對于無源功率因數校正電路（被動電路）通過加電感和電容要復雜一些，功率因數的改善要好些，但成本要高一些，可靠性也會降低。

AC/DC變換器輸入電流的諧波分量

脈沖狀的輸入電流，含有大量諧波，一方面使諧波噪聲水平提高，同時在AC-DC整流電路的輸入端必需增加濾波器，既貴，體積、重量又龐大、笨重。如圖所示，在含有AC/DC變換器的電力電子裝置中，DC/DC變換器或DC/AC變換器的供電電源適配器一般是由交流市電經整流和大電容濾波后得到的較為平滑的直流電壓。整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，使得輸入電流（即電容器的充電電流）成為一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，如圖所示。

圖　AC/DC變換器及輸入電壓和電流波形
對這種畸變的輸入電流進行傅里葉分析可知，它除含有基波外，還含有豐富的高次諧波分量。
把輸入電流用傅里葉級數分解可得如下表達式：

式中，I1為基波分量；I3，I5分別為三次和五次諧波分量。由于輸入電流是一個奇諧函數，所以，表達式中只含有奇次諧波。
由上面分析可知，輸入電流中除含有基波外，還含有豐富的奇次高次諧波分量，這些高次諧波倒流入電網，引起嚴重的諧波“污染”，造成嚴重危害。其主要危害有：
（1）諧波電流在輸電線路阻抗上的壓降會使電網電壓（原來是正弦波）發生畸變（稱之為二次效應），影響各種電氣設備的正常工作。
（2）諧波會造成輸電線路故障，使變電設備損壞。例如，線路和配電變壓器過熱、過載，美國曾報道諧波電流引起一個300kVA的變壓器過載事故；在高壓遠距離輸電系統中，諧波電流會使變壓器的感抗與系統的容抗發生LC諧振；在三相電路中，中線電流是三相三次諧波電流的疊加，因此，諧波電流會使中線電流過流而損壞，等等。
（3）諧波影響用電設備。例如，諧波對電機除增加附加損耗外，還會產生附加諧波轉矩、機械振動等，這些都嚴重地影響電機的正常運行；諧波可能使白熾燈工作在較高的電壓下，這將導致燈絲工作溫度過高，縮短燈絲的使用壽命，等等。
（4）諧波會使測量儀表附加諧波誤差。常規的測量儀表是設計并工作在正弦電壓、正弦電流波形下的，因此，在測量正弦電壓和電流時能保證其精度，但是，這些儀表用于測量非正弦量時，會產生附加誤差，影響測量精度。
（5）諧波會對通信電流造成干擾。電力線路諧波電流會通過電場耦合、磁場耦合和共地線耦合對通信電路造成影響。

諧波電流就是將非正弦周期性電流函數按傅立葉級數展開時，其頻率為原周期電流頻率整數倍的各正弦分量的統稱。頻率等于原周期電流頻率k倍的諧波電流稱為k次諧波電流，k大于1的各諧波電流也統稱為高次諧波電流。

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| 發布時間：2019.07.13 來源：電源適配器廠家

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