功率因數(shù)校正.doc

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1、中華民國(guó)第十九屆電力工程研討會(huì)功率因數(shù)修正技術(shù)應(yīng)用於切換式電源轉(zhuǎn)換器PowerFactorCorrectorusedinSwitching-modePowerConverter＊鍾翼能＊黃信凱＊曾國(guó)境＊＊洪正瑞＊大葉大學(xué)電機(jī)工程研究所＊＊南臺(tái)技術(shù)學(xué)院電子系-121-中華民國(guó)第十九屆電力工程研討會(huì)中文摘要關(guān)鍵字：功率因數(shù)由於電力電子長(zhǎng)久以來(lái)潛存著低功率因數(shù)(lowpowerfactor)的問(wèn)題，此問(wèn)題將造成高頻諧波電流干擾以及電力系統(tǒng)的污染等等。因此本研究將在功率因數(shù)之問(wèn)題上做之探討，主要是在AC-to-DC之間加上主動(dòng)式功率因數(shù)矯正器(powerfacto

2、rcorrector)以改善功率因數(shù)，使能量有效應(yīng)用。AbstractKeyword：powerfactor(P.F.)Thelonglastinglowpowerfactor(P.F.)problemwillalsocausethehighfrequencyHarmoniccurrentandthepowersystempollution.ThereforetheP.F.problemwillbediscussedinthisthesisandapowerfactorcorrectorwillbedesignedinoursystem.Thekey-li

3、neisontheAC-to-DC,onwhichactivepowerfactorcorrectorisaddedtoimprovethelowP.F.sothatthepowertobeusedefficiently.一.簡(jiǎn)介穩(wěn)定的能源設(shè)備除了能供應(yīng)系統(tǒng)維持正常的動(dòng)作外並影響整個(gè)系統(tǒng)的特性，再者當(dāng)今能源短缺急需節(jié)約能源潮流驅(qū)使下，設(shè)計(jì)生產(chǎn)高效率的能源設(shè)備，減少能源浪費(fèi)時(shí)為眾所追求的目標(biāo)。並且在電力品質(zhì)與電力性能(performance)方面也必須有較嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，例如：較大的額定功率、較小的雜訊干擾、較理想的能源使用率等等，都是設(shè)計(jì)電路時(shí)必須考慮的問(wèn)題，

4、而電源轉(zhuǎn)換器之功率因數(shù)則是直接影響上述電路之性能。一般而言提升功率因數(shù)主要在解決下列兩項(xiàng)問(wèn)題︰1.雜訊干擾問(wèn)題:由於橋式整流所產(chǎn)生之輸入電流為一不規(guī)則且不連續(xù)之脈動(dòng)電流，含有大量之高頻諧波因此對(duì)於一些電子周邊設(shè)備將產(chǎn)生一些不必要之干擾，而這項(xiàng)事實(shí)並無(wú)法被強(qiáng)調(diào)高品質(zhì)與高性能之電子產(chǎn)品所接受。故為了抑制高頻諧波電流干擾必須利用外加電路來(lái)修正輸入電流使其接近正弦，如此方能降低輸入電流中之高頻諧波含量進(jìn)一步克服雜訊干擾的問(wèn)題。2.能源浪費(fèi)的問(wèn)題：過(guò)低的功率因數(shù)值若是從能量之觀點(diǎn)來(lái)解釋，意味這輸入電流的總諧波失真(TotalHarmonicDistortion,TH

5、D)很高，因此一部傳統(tǒng)式powerconverter從標(biāo)準(zhǔn)插座(StandardOutlet)上所汲取之功率將只有插座上額定功率之五分之三左右[3]，易言之有五分之二的能量消耗在高頻諧波電流上。因此為了提升電源轉(zhuǎn)換器之輸出額定功率減少能源浪費(fèi)及雜訊干擾功率因數(shù)校正是有其必要的。二.功率因數(shù)修正技術(shù)一般二極體整流所以會(huì)導(dǎo)致低功因，可由以下討論看出，如圖1所示，全橋式整流器二極體只有在電源電壓高於電容電壓才導(dǎo)通，在這些導(dǎo)通期間輸入電流必須供應(yīng)半週所需之能量，因此其波形呈現(xiàn)高尖之特性，這樣的波形不只含有大量之低次諧波其功率因數(shù)也只達(dá)0.5~0.7。VsVoidi

6、s圖1全橋式二極體整流器之電路與電流波形-125-中華民國(guó)第十九屆電力工程研討會(huì)功率因數(shù)修正技術(shù)大致可分為主動(dòng)式與被動(dòng)式兩種方式，如圖2、圖3。被動(dòng)式主要運(yùn)用電感與電容等濾波元件來(lái)改善輸入電流的波型與相角，主動(dòng)式[5,6,7]則在二極體整流器後加入一級(jí)直流/直流的功率因數(shù)矯正器(powerfactorcorrector,PFC)，藉主動(dòng)開(kāi)關(guān)之動(dòng)作將輸入之電流修正為正弦波形以達(dá)到功率因數(shù)為1之目的。圖2被動(dòng)式PFC電路圖圖3主動(dòng)式PFC電路圖圖4是以電流濾波為原理的功因修正電路，其中輸入端的電感工作頻率為線頻(50/60赫芝)因?yàn)殡姼锌梢种齐娏髦蝗蛔兓?/p>

7、輸入電流會(huì)比較平滑這種電路之功因通常小於0.93，圖5則是利用部份平坦之電路架構(gòu)來(lái)改善功率因數(shù)其原理乃是利用延長(zhǎng)電源電壓大於輸出電壓的範(fàn)圍，根據(jù)二極體導(dǎo)通之條件輸入電流波形將會(huì)比較平坦。圖4加入濾波電感之功率因數(shù)修正電路圖5加入部份平坦電路之功率因數(shù)修正電路由於要符合低諧波高功因之要求通常多採(cǎi)用主動(dòng)功率因數(shù)校正電路以達(dá)到改善的目的主動(dòng)式功率因數(shù)的校正策略主要是電流模式(currentmodecontrol,CMC)，也就是直接回授輸入電流並跟隨電流命令(currentcommand)的波形，常見(jiàn)的電流控制模式有三種；平均電流模式(averagecurren

8、tmodecontrol)如圖7、峰值電流模式(peakcurre