一种新型无源功率因数校正装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种新型无源功率因数校正装置，涉及功率因数校正装置技术领域，具体为S1、PFC原理电路；S2、PFC电路阻抗计算及仿真分析；S3、PFC理论分析及设计；S4、当负载为电阻与电容串联时的情况；S5、不加校正电路时的情况；S6、PFC参数计算步骤；S7、交流侧功率因数校正器仿真；S8、航空电源加PFC状态下仿真和S9、带脉冲负载。该新型无源功率因数校正装置，提出了一种行之有效的PFC校正网络参数确定及寻优方法，校正后的功率因数在不同负载特性和不同负载大小的情况下接近于1，解决并联电容器补偿不能用于交流输入电流超前于交流输入电压的无功补偿和无源功率因数校正拓扑一般只对特定工况可实现较高功率因数的问题。特定工况可实现较高功率因数的问题。特定工况可实现较高功率因数的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种新型无源功率因数校正装置


[0001]本专利技术涉及功率因数校正装置
，具体为一种新型无源功率因数校正装置。

技术介绍

[0002]随着电力电子技术的迅猛发展，电力电子装置已经广泛应用到电力、航空、化工、新能源以及自动化等各个领域中，整流装置是各类电力电子装置应用在电网能量变换中最主要的装置，不控整流装置因其结构简单目前仍大量应用于各类电力电子装置中，不控整流装置对输入进行整流滤波时，仅当输入交流电压处于峰值区域才有输入电流，从而导致输入电流含有较大的谐波分量，这些谐波分量会对电网造成干扰，甚至引起严重的故障和事故，对航空微电网而言，若不处理好谐波，会影响其它装置的正常工作，另外，整流装置在较多负载情况下存在功率因数低、电能损耗大、直流电压波动大等问题，也极大地制约了该类电力电子装置的应用，提高功率因数能提高发电设备和变电设备发送的有功功率，减少无功功率，是解决能源紧缺和电力供应紧张问题的重要措施之一，提高功率因数还可减小线路电流波形畸变，抑制对电网造成的污染，保护对谐波比较敏感的各种电气与电子设备，提高功率因数，可以缓解电力供应紧张，减少对电网的污染，保证电力系统的安全运行，延长航空微网等的供电时间，具有显著的社会效益和经济效益，因此，功率因数校正PFC方法越来越备受国内外相关领域专家和学者的关注；
[0003]PFC技术的分类有很多种，按无源功率因数校正技术和有源功率因数校正APFC技术进行分类，无源功率因数校正电路主要是利用无源分立元件组成，成本低、对特定工况可实现较高功率因数，而航空微电网通常对EMI的要求较高并且在电源网络中大量应用了多脉波不控整流电源。
[0004]现有的航空微电网在电源网络中大量应用了多脉波不控整流电源，多脉波不控整流电源的负载类型多、变化范围广，传统的无源功率因数校正电路难以满足指标的要求，因此研究一种新型功率因数校正网络以适应航空微电网对多脉波不控整流电源的要求紧迫而重要。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种新型无源功率因数校正装置，解决了上述
技术介绍
中提出现有的航空微电网在电源网络中大量应用了多脉波不控整流电源，多脉波不控整流电源的负载类型多、变化范围广，传统的无源功率因数校正电路难以满足指标的要求，因此研究一种新型功率因数校正网络以适应航空微电网对多脉波不控整流电源的要求紧迫而重要的问题。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种新型无源功率因数校正装置，包括下述操作：
[0007]S1、PFC原理电路：
[0008]U
i
为输入交流电压，R
s
为交流电压源的内阻，电感L2主要起平滑交流电流的作用，电容C1用于滤除高次谐波，电容器C2用于调整交流电压的相位，Z
L
为负载；
[0009]S2、PFC电路阻抗计算及仿真分析：
[0010]首先获取PFC电路阻抗计算公式，并取两组数据进行计算，第一组CCL 滤波器参数具体取值如下：C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；第二组CCL 滤波器参数具体取值如下：C1＝5μF，C2＝100μF，L2＝200μH，其中第一组参数1kHz以上阻抗较小，第二组参数则在200Hz以上阻抗较小，同时分三种情况进行分析；
[0011]S3、PFC理论分析及设计：
[0012]当负载为纯电阻时的情况，以S2步骤中第一组CCL滤波器参数具体取值为参数加入到传递函数的表达式中进行换算，第一组CCL交流滤波及校正电路参数具体取值如下：
[0013]C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；
[0014]S4、当负载为电阻与电容串联时的情况：
[0015]建立系统的传递函数，然后绘制伯德图并分析系统的校正效果，滤波电路的阻抗为：
[0016]当负载为电阻与电容串联时，C
L
与R
L
串联后可以用式的形式表示，即将式带入式可以得到：
[0017][0018]根据式，写出传递函数形式，
[0019]PFC电路滤波及校正电路参数具体取值如下：
[0020]C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；
[0021]其中，先选取轻载工况时的负载Z
L
＝228Ω，负载容性部分取C
L
＝0.1μF，此时绘制CCL交流滤波及功率因数校正电路的伯德图，
[0022]再考察满载工况时的情况，此时Z
L
＝6.4Ω，负载容性部分仍取C
L
＝0.1μF，从而获
得相应的伯德图；
[0023]S5、不加校正电路时的情况：
[0024]不加校正时候系统的传递函数为：
[0025]分两种情况绘制式所示传递函数的伯德图；
[0026]S6、PFC参数计算步骤：
[0027]PFC参数的计算步骤如下：
[0028](1)根据系统负载从轻载到满载的变化范围，确定负载中R
L
阻值的范围；
[0029](2)根据负载特性初步估计S4步骤中的C
L
；
[0030](3)根据R
L
和C
L
初步确定C1、C2和L2的初值；
[0031](4)分别取R
L
轻载、中载和满载时候的阻值，进行以下寻优计算：固定 C1后，C2和L2按设定步长进行双循环步进，步进过程中，计算式所示传递函数在基频处的相位，满足设定相位要求，输出相应R
L
值对应的三组C1、C2和L2值；
[0032](5)以三组C1、C2和L2值为依据，折中选取C1、C2和L2值，计算式所示传递函数在基频处的相位，以满足轻载、中载和满载三种情况下功率因数要求为原则；
[0033]S7、交流侧功率因数校正器仿真：
[0034]先进行线性负载情况下的仿真，为了模拟实际工况，直流负载采用开关负载的形式；为了清晰了解非线性负载的影响，首先进行线性负载状态下各种情况的仿真，从而获得仿真结果；
[0035]S8、航空电源加PFC状态下仿真；
[0036]考虑到两个因素：(1)CCL功率因数校正装置在满载时功率因数为0.95，要低于其他工况，(2)不改动航空电源产品内部状态，进一步在航空电源产品状态基础上再加CCL功率因数校正装置的情况下进行了仿真研究；
[0037]S9、带脉冲负载：
[0038]由于多元化的用电设备，会导致航空电源的负载呈现较复杂的非线性特性，所以用严酷的脉冲负载来模拟实际情况，电源匹配网络产品不加PFC状态下仿真：
[0039](1)直流负载电流为1.5A时仿真；
[0040](2)直流负载电流为4A时仿真；
[0041](3)直流负载电流为43A时仿真；
[0042]航空电源加PFC状态下仿真：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型无源功率因数校正装置，其特征在于：包括下述操作：S1、PFC原理电路：U
i
为输入交流电压，R
s
为交流电压源的内阻，电感L2主要起平滑交流电流的作用，电容C1用于滤除高次谐波，电容器C2用于调整交流电压的相位，Z
L
为负载；S2、PFC电路阻抗计算及仿真分析：首先获取PFC电路阻抗计算公式，并取两组数据进行计算，第一组CCL滤波器参数具体取值如下：C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；第二组CCL滤波器参数具体取值如下：C1＝5μF，C2＝100μF，L2＝200μH，其中第一组参数1kHz以上阻抗较小，第二组参数则在200Hz以上阻抗较小，同时分三种情况进行分析；S3、PFC理论分析及设计：当负载为纯电阻时的情况，以S2步骤中第一组CCL滤波器参数具体取值为参数加入到传递函数的表达式中进行换算，第一组CCL交流滤波及校正电路参数具体取值如下：C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；S4、当负载为电阻与电容串联时的情况：建立系统的传递函数，然后绘制伯德图并分析系统的校正效果，滤波电路的阻抗为：当负载为电阻与电容串联时，C
L
与R
L
串联后可以用式的形式表示，即将式带入式可以得到：根据式，写出传递函数形式，PFC电路滤波及校正电路参数具体取值如下：C1＝1.5μF，C2＝200μF，L2＝200μH；其中，先选取轻载工况时的负载Z
L
＝228Ω，负载容性部分取C
L
＝0.1μF，此时绘制CCL交流滤波及功率因数校正电路的伯德图，
再考察满载工况时的情况，此时Z
L
＝6.4Ω，负载容性部分仍取C
L
＝0.1μF，从而获得相应的伯德图；S5、不加校正电路时的情况：不加校正时候系统的传递函数为：分两种情况绘制式所示传递函数的伯德图；S6、PFC参数计算步骤：PFC参数的计算步骤如下：(1)根据系统负载从轻载到满载的变化范围，确定负载中R
L
阻值的范围；(2)根据负载特性初步估计S4步骤中的C
L
；(3)根据R
L
和C
L
初步确定C1、C2和L2的初值；(4)分别取R
L
轻载、中载和满载时候的阻值，进行以下寻优计算：固定C1后，C2和L2按设定步长进行双循环步进，步进过程中，计算式所示传递函数在基频处的相位，满足设定相位要求，输出相应R
L
值对应的三组C1、C2和L2值；(5)以三组C1、C2和L2值为依据，折中选取C1、C2和L2值，计算式所示传递函数在基频处的相位，以满足轻载、中载和满载三种情况下功率因数要求为原则；S7、交流侧功率因数校正器仿真：先进行线性负载情况下的仿真，为了模拟实际工况，直流负载采用开关负载的形式；为了清晰了解...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祥吉，湛瑞芳，
申请(专利权)人：朝阳微电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：