三相功率因數校正技術研究

摘要：本文采用三相六開關Boost拓撲實現三相PFC，三相拓撲通過物理解耦，增加電路冗余。Saber仿真分析比較了滯環電流變頻控制和平均電流定頻控制，仿真結果證明兩種控制方法均能很好地實現功率因數校正功能。
1 引 言

用電設備的功率因數為兩個因子的乘積：一個是相移因子，由輸入電流的基波分量和輸入正弦電壓之間存在相位差造成；另一個是畸變因子，它是輸入電流失真度(THD)的函數。常規的整流裝置，由于使用非線性器件，功率因數低，且諧波電流污染了電網，并導致用電設備之間的相互干擾。[1] 抑制電力電子裝置產生諧波的方法主要有兩種：一是被動方法，即采用無源濾波或有源濾波電路來旁路或濾除諧波；另一種是主動式的方法，即設計新一代高性能整流器，它具有輸入電流為正弦波、諧波含量低、功率因數高等特點，即具有功率因數校正功能。近年來功率因數校正(PFC)電路得到了很大的發展，成為電力電子學研究的重要方向之一。[2]單相功率因數校正技術目前在電路拓撲和控制方面已日趨成熟，而三相整流器的功率大，對電網的污染更大，因此，三相功率因數校正技術的研究很有必要。目前三相PFC拓撲有：單開關Boost型、單開關Buck型、六開關Boost型、六開關Buck型、單開關Buck-Boost型，本文對六開關Boost型PFC電路的工作原理、控制方式等進行研究。

2 三相升壓型六開關PFC電路

PFC主電路采用六只開關管組成的三相升壓型PWM整流電路如圖1所示，本文中的三相PFC在物理上進行解耦，即采用三個單相PFC電路組合構成三相PFC。

圖1 三相六管Boost型PFC電路 圖2 A相等效電路

單相PFC組合成三相PFC的技術優勢是：可以利用比較成熟的單相PFC技術，而且電路由3個單相PFC同時供電，如果某一相出現故障，其余兩相仍能繼續向負載供電，電路具有冗余特性。為了說明三相六管Boost型PFC電路的工作原理，給出其A相等效電路，如圖2所示，電路為半橋Boost結構，若電感電流為正，即輸入電壓為正半周，則當下橋臂San導通時，相電壓加上電容C2的電壓對電感充電，輸入電流上升；當上橋臂Sap導通時，電感電流通過二極管D1續流，電容C1上的電壓和輸入電壓的差值使電感電流下降；若電感電流為負，即輸入電壓為負半周時，則當上橋臂Sap導通時，相電壓絕對值加上電容C1的電壓對電感充電，輸入電流上升；當下橋臂San導通時，電感電流通過二極管D2續流，電容C2上的電壓和輸入電壓的差值使電感電流下降；通過對San和Sap的適當控制，可以控制輸入電流按給定的參考電流變化，從而實現功率因數校正。B相和C相的工作原理和A相類似。由于三相通過物理解耦，各相電流同時獨立控制，可實現較理想的控制性能。該結構的優點是在任意時刻，每相只有一個器件導通，導通損耗低；控制上相互獨立，相間干擾小，有利于提高系統性能和可靠性。

3 控制方式