有源功率因数校正技术

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有源功率因数校正技术

在20世纪80年代中后期，电源适配器有源功率因数校正技术（APFC）引起了国内外许多学者的重视，进行了许多专题研究并取得大量成果。这些成果主要集中在PFC的原理、方法、电路拓扑、控制技术等方面。本章将较为系统地介绍这些成果。有源功率因数校正通过有源电路（主动电路）让输入功率因数提高，控制开关器件让输入电流波形跟随输入电压波形，相对于无源功率因数校正电路（被动电路）通过加电感和电容要复杂一些，功率因数的改善要好些，但成本要高一些，可靠性也会降低。

AC/DC变换器输入电流的谐波分量

脉冲状的输入电流，含有大量谐波，一方面使谐波噪声水平提高，同时在AC-DC整流电路的输入端必需增加滤波器，既贵，体积、重量又庞大、笨重。如图所示，在含有AC/DC变换器的电力电子装置中，DC/DC变换器或DC/AC变换器的供电电源适配器一般是由交流市电经整流和大电容滤波后得到的较为平滑的直流电压。整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得输入电流（即电容器的充电电流）成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流，如图所示。

图　AC/DC变换器及输入电压和电流波形
对这种畸变的输入电流进行傅里叶分析可知，它除含有基波外，还含有丰富的高次谐波分量。
把输入电流用傅里叶级数分解可得如下表达式：

式中，I1为基波分量；I3，I5分别为三次和五次谐波分量。由于输入电流是一个奇谐函数，所以，表达式中只含有奇次谐波。
由上面分析可知，输入电流中除含有基波外，还含有丰富的奇次高次谐波分量，这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波“污染”，造成严重危害。其主要危害有：
（1）谐波电流在输电线路阻抗上的压降会使电网电压（原来是正弦波）发生畸变（称之为二次效应），影响各种电气设备的正常工作。
（2）谐波会造成输电线路故障，使变电设备损坏。例如，线路和配电变压器过热、过载，美国曾报道谐波电流引起一个300kVA的变压器过载事故；在高压远距离输电系统中，谐波电流会使变压器的感抗与系统的容抗发生LC谐振；在三相电路中，中线电流是三相三次谐波电流的叠加，因此，谐波电流会使中线电流过流而损坏，等等。
（3）谐波影响用电设备。例如，谐波对电机除增加附加损耗外，还会产生附加谐波转矩、机械振动等，这些都严重地影响电机的正常运行；谐波可能使白炽灯工作在较高的电压下，这将导致灯丝工作温度过高，缩短灯丝的使用寿命，等等。
（4）谐波会使测量仪表附加谐波误差。常规的测量仪表是设计并工作在正弦电压、正弦电流波形下的，因此，在测量正弦电压和电流时能保证其精度，但是，这些仪表用于测量非正弦量时，会产生附加误差，影响测量精度。
（5）谐波会对通信电流造成干扰。电力线路谐波电流会通过电场耦合、磁场耦合和共地线耦合对通信电路造成影响。

谐波电流就是将非正弦周期性电流函数按傅立叶级数展开时，其频率为原周期电流频率整数倍的各正弦分量的统称。频率等于原周期电流频率k倍的谐波电流称为k次谐波电流，k大于1的各谐波电流也统称为高次谐波电流。

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| 发布时间：2019.07.13 来源：电源适配器厂家

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