三相功率因數(shù)校正PFC技術(shù)的綜述(二)

1、三相功率因數(shù)校正（PFC技術(shù)的綜述（2）楊成林，陳敏，徐德鴻（ 浙江大學(xué)電力電子研究所，浙江杭州310027）摘要：綜述了三相功率因數(shù)校正電路發(fā)展現(xiàn)狀，并對典型拓?fù)溥M(jìn)行分析比較。關(guān)鍵詞：三相整流器；諧波；功率因數(shù)校正5 三相雙開關(guān)PFC在三相電路中，三相電流總共有 3個自由度，而三相單開關(guān)PFC中只使用了只開關(guān)管對電流進(jìn)行控制，加上三相電流之和為零這個條件，最多只能對2 個自由度的量進(jìn)行控制。所以可以通過增加 1 只開關(guān)管來對三相電流進(jìn)行控制。圖 23的電路中，用 2 只串聯(lián)的開關(guān)管代替圖 8 上的單管，并在輸入端用 3 個 Y 型接法的電容來構(gòu)造浮動中點，這個中點與兩只串聯(lián)開關(guān)管的中點相聯(lián)1

2、4 。該電路 Boost電感上的電流也是工作在 DCMF,與圖8電路不同之處是：圖8中的3個Boost電感是同時充電或放電的，而圖 23 電路中電壓值最高相的 Boost 電感與其余兩相上的 Boost 電感充電或放電在時間上是錯開的，各相的電流波形如圖 24 所示。這樣工作的好處是：在電感放電起始的一段時間里輸出電壓全部參與電感放電，而圖 8 電路中電感放電時輸出電壓是被分成兩部分分別參與不同的電感放電的由式2） , （ 3）可見，這就使電感放電時間縮短，即縮短了電感電流平均值與輸入電壓瞬時值的非線性階段，可減小輸入電流的THD在較小的輸出電壓下就可以獲得比較小的THD止匕外，Y型接法的3個

3、電容可以在一定程度上減小低次電流諧波 14。電路的不足之處是：電路工作在DCMF, THM比較大。這種電路己在空調(diào)器中使用 15 。圖25所示為雙開關(guān)諧振型三相PFC電路16。在該電路中，開關(guān)（S1, S2）、 個串聯(lián)L C電路和由D7D12組成的三相全橋電路一起組成諧振開關(guān)網(wǎng)圖23三相雙開關(guān)兩電平PFC電路（）三相功率因數(shù)校正（PF。技術(shù)的綜述（2）圖25三相雙開關(guān)諧振型PFC電路7 CD*1 7 U Qi 刀 口羽圖圖26三相雙開關(guān)三電平PFC主電路及控制框圖圖27三相雙開關(guān)三電平PFC并聯(lián)電路2OI5O5 Q %/月0=1三牙0VcVb寸上橋臂的D1和下橋臂的D5導(dǎo)通iX=iP ； iY

4、=iQ ； iZ=0iA=iXiX ； iB=iYiY ； iC=iZiZ （5）y 喝廳電 一 4 -3 9 9 9 9 9 0-9一 =圖29三相單開關(guān)PFC交錯并聯(lián)與三相雙開關(guān)PFC交錯并聯(lián)在不同的輸入電壓下效 率的比較圖30含IFT的三相Buck型PFC電路圖31含IFT的三相Boost型PFC電路圖32三相三開關(guān)三電平PFC電路iX =iY =iZ =iN/3 （ 6）iN=iP iQ 由式（5）、 （6）、 （7）可以得出iP,iQ與iA,iB,iC 的關(guān)系iP=2iA + iB ； iQ= （iA + 2iB）（8）在這時（Va0VcVb iA,iB分別為正的最大電流和負(fù)的最大電

5、流。在整個 周期內(nèi)式（8）可寫成iP=2i + ma奸 i max; iQ= （i + ma肝 2i max）所以只要iP,iQ的參考iP * ,iQ *與iA,iB,iC 的參考iA * ,iB * ,iC *滿足iP =2i max i max； iQ =（ i max 2i max）就可以通過控制 iP,iQ 來實現(xiàn)對三相輸入電流的控制。由于電路等效成兩個單相PFC串聯(lián)，因而可采用單相PFC的控制技術(shù)，使iP,iQ跟隨電流給定iP*,iQ，根據(jù)映射關(guān)系，輸入電流iA,iB,iC 也將跟隨給定電流iA ,iB ,iC ，從而可實現(xiàn)功率因數(shù)為 1。這種電路的優(yōu)點是開關(guān)少，控制簡單，可采用任何

6、單相 PFC 的技術(shù)；缺點是需要一個容量相當(dāng)大的 IFT （約大于輸入總功率的 20），由于 IFT 工作在低頻，這必然增加變換器的成本和體積。6三相三開關(guān)PFC電路三相三開關(guān)PFC電路如圖32所示，其中開關(guān)S1, S2, S3是雙向開關(guān)。由于 電路的對稱性，電容中點電位 VM與電網(wǎng)中點的電位近似相同，因而通過雙向開關(guān) S1、S2、S3可分別控制對應(yīng)相上的電流。開關(guān)合上時對應(yīng)相上的電流幅值增大， 開關(guān)斷開時對應(yīng)橋臂上的二極管導(dǎo)通（電流為正時，上臂二極管導(dǎo)通；電流為負(fù)時，下臂二極管導(dǎo)通），在輸出電壓的作用下 Boost 電感上的電流減小，從而實現(xiàn)對電流的控制。這種電路還有一些類似的變形電路如圖

7、33 到圖 36 所示。這些電路可以采用滯環(huán)控制或空間矢量法控制。另外有些文獻(xiàn)提出讓對應(yīng)相上的開關(guān)在該相電壓正向過零和負(fù)向過零時開始各導(dǎo)通30，其余時間開關(guān)關(guān)斷，這樣來實現(xiàn)功率因數(shù)校正 22 。這樣控制的優(yōu)點是控制簡單，另外開關(guān)頻率只是網(wǎng)側(cè)開關(guān)頻率的2 倍，因而可以選用頻率比較低的開關(guān)器件，系統(tǒng)成本較低。但是這樣控制方法下THD比較大，Boost電感值要取得比較大。在文獻(xiàn)23和文獻(xiàn)24中提出的對三相 三開關(guān)及其類似電路的控制方法下，可以把這些電路分成兩類：一類是兩個單相Boost 電路串聯(lián)起來的如圖32、圖33、圖34，這些電路都有兩個串聯(lián)在一起的輸出電容。另一類是兩個單相 Boost 電路并聯(lián)，如圖 35、圖 36 所示，這些電路只有一個輸出直流電容。文獻(xiàn)中提出的控制方法是: 在一個網(wǎng)側(cè)電壓周期的360內(nèi)，選擇一個600區(qū)域，如VaVb0 Vc 2:圖39三相四開關(guān)PFC電路并聯(lián)二極管整流電路相比有很明顯的優(yōu)勢，成為近年電力電子技