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1、汽車LED前大燈驅動電路1、相關定義1.1、功率因數(shù)定義及其與諧波的關系如果從電網(wǎng)輸入電壓和輸入電流之間的相位差的角度來看,可以將輸入功率因素(PowerFactor,簡稱PF)定義為:8中國計量學院碩士學位論文PFcos(2-1-1)由電網(wǎng)輸入的電壓經(jīng)整流橋整流后如果沒有接用于濾波用的濾波電容,而是直接搭載純阻性的負載,那么在這種情況下,輸入電壓和輸入電流之間的相位差近似為零,對應的功率因數(shù)為接近于1。我們通常所說的功率因素校正技術(PFC)其本質(zhì)就是使相應的用電設備對電網(wǎng)輸入的電能呈現(xiàn)”純阻性”,也就是要使輸入電壓和輸入電流之間成正比。從能量傳輸?shù)姆矫鎭碚f,所謂的PFC技術
2、就是要讓用電設備只從市電電網(wǎng)中吸收能量,卻不需要將能量回饋給市電電網(wǎng)。盡管從市電電網(wǎng)中注入的電壓為正弦波,但經(jīng)整流橋整流后,對應的輸入電流卻存在一定的畸變。由電工學中的相關基本理論,可以得到功率因數(shù)定義如下:PFPS(2-1-2)其中P——有功功率;S——視在功率。有功功率計算公式如下:P1TT0Vin(t)Iin(t)dt(2-1-3)其中T——周期;Vin(t)——輸入電壓;Iin(t)——輸入電流。視在功率定義為輸入電壓有效值和輸入電流有效值的乘積,因此我們可以得到如下公式:S1TTV(t)2dt1TinTIin(t)200dt(2-1-4)在這種條件下,功率因數(shù)可以表示
3、為:T0Vin(t)Iin(t)dtPF1(2-1-5)T()21T2T0VintdtT0Iin(t)dt如果我們假設輸入電壓為標準的正弦波,則有:Vin(t)V2psin(Tt)(2-1-6)式中Vp——輸入電壓幅值。輸入電流為非正弦波,通過傅里葉變換,可將輸入電流表示為:iin(t)I2nsin(ntn)n1T(2-1-7)式中In——各次電流諧波幅值;n——各次諧波與輸入正弦電壓之間的相位差。利用三角函數(shù)的正交特性,將式(2-1-7)代入式(2-1-3)和式(2-1-5),可以計算出功率因數(shù)為:PFI1cos(1)cos(1)(2-1-8)I2nn19中國計量學院碩士學位
4、論文式中γ——畸變因數(shù);cos(1)——位移因數(shù)。其中所謂的畸變因數(shù)(γ)即為基波電流的有效值與總輸入電流的有效值之間的比值,而功率因數(shù)即為畸變因數(shù)與位移因數(shù)之間的乘積,由此可知,如果由市電電網(wǎng)所注入的電流與電壓之間頻率和相位均相同時,對應的功率因數(shù)將為單位1。事實上,輸入電流的基波分量是與輸入電壓具有相同頻率的正弦波。通常情況下,為了分析諧波對相應工作電流的影響,定義總的諧波畸變(TotalHarmonicDistortion,縮寫為THD)為諧波電流分量的有效值與基波電流有效值之間的比值,其表達式如下:1T(sin(2TInTnt))220ndtInTHDn2n21(2-1
5、-9)TI21T0(1sin(2Tnt1))dtI當基波電流與電網(wǎng)輸入電壓同相位時,則有:PF112(2-1-10)THD式(2-1-10)也就是PF與電網(wǎng)注入總的諧波畸變所對應的關系表達式,當總的諧波失真THD≤5%時,所得到的PF值將控制在0.99左右。值得注意的是,(2-1-10)式僅在輸入電壓和輸入電流所對應的基波相位差為零或趨向于零時方能成立,而對于較為普遍的情況,功率因數(shù)的計算表達式只能通過式(2-1-5)來得到,至于總的諧波畸變也應借助頻譜分析由上述式子(2-1-9)計算所得。1.2、功率因數(shù)的定義線性電路的功率因數(shù)習慣用COS?)表示,(P為正弦電壓與正弦電流間
6、的相位差。但是由于整流電路中二極管的非線性,盡管輸入電壓為正弦,電流卻嚴重非正弦,因此線性電路中功率因數(shù)的定義不再適用于AC/DC電路。這里定義功率因數(shù)(PowerFactor,PF)為電路的有功功率與視在功率的比值,如式2.1所示:=(2.1)SUrIR式中:P為輸入有功功率、S為視在功率、仏為電網(wǎng)輸入電壓有效值、為輸入電流有效值、C//為輸入電壓基波有效值、//為輸入電流基波有效值、為輸入電流基波與輸入電壓的相位差。市電輸入電壓為正弦,但輸入電流為非正弦,會含有大量高次諧波成分,所以輸入電流的有效值為:電流不含諧波分量時,功率因數(shù)PF=cos1.3、功率因數(shù)校正定義功率因數(shù)
7、一詞,源于基本的交流電路原理。當正弦波交流電源給感性或容性負載供電時,負載電流也是正弦的,但是比輸入的電壓滯后或超前一個角度?。若輸入電壓有效值為U,輸入電流有效值為I,則電網(wǎng)輸入的視在功率為UI。但實際傳送到負載的功率只有UIcos?,與負載電阻的電壓同相位的輸入電流分量Icos?向負載提供功率。與負載電阻的電壓垂直的電流分量Isin?不向負載提供功率。在電工學上將實際傳送到負載的功率UIcos?與電網(wǎng)輸入的視在功率UI之比稱為功率因數(shù)(PowerFactor,PF),并用cos?表示,即
