【三相 PFC变换器研究现状文献综述3200字】

三相PFC变换器研究现状文献综述早期的功率因数校正方法就是靠使用由电感器和电容组合而形成的一个无源网络。当时所使用的功率因数校正电路主要是以晶闸管等器件为主的电路。这种设备体积巨大，对输入侧电流的谐波抑制作用十分有限。70年代后期，功率半导体器件的发展日益成熟，开关变换技术也突飞猛进。80年代，新的有源功率因数校正因数开始普遍存在。因为高频电压开关变换器通常是一直工作在高频电压开关的工作状态，这种新型的基于有源器件功率值和校正器的因数计算方法使它具有许多的重要优点，例如：它的器件体积小，重量轻，效率高，功率值和校正值的因数也比较小和接近1等。功率校正因数还处于在初级发展阶段。90年代是功率校正因数飞速发展阶段，他的理论日趋成熟，校正技术与软开关技术相互联系在一起，这使得PFC的性能得到进一步的提高和改善。在进入21世纪后的前十年里，功率校正因数发展十分迅速，各大电气公司都相继有产品问世，并且在电力工程中广泛应用。到目前为止，超过80%的各类电能技术应用都认为需要经过各种电力和其他电子功能转换之后才能够得以真正投入使用，并且该项电能技术的应用比重还是不断地在上升。因此，研究了一种高效率的工业电力和家用电子电能转换器,提高了所用电能的综合利用率，缩小了电力变换器的使用体积，提高了所用空间的综合利用率，节约了所用材料，降低了工作温度，提高了电力变换器的工作可靠性，具有重大的意义。这对于普通人民群众来说减少能源成本费用的支出、改善使用体验，对于促进社会节约能源、降低污染物排放、保护环境。在PFC技术发展的历史长河中，最早的控制方式是利用模拟电路实现对其的控制。随着社会的不断发展前进和技术的要求不断提高，微型计算机的出现推动了传统的控制方式向数字化控制方式的过渡，数字化控制技术的应用也越来越广泛[2]。数字化技术指的是利用电子计算机等设备，对模拟信号进行采样处理，转化为0和1两位二进制数字编码，再通过相应的硬件电路转化为模拟的输出量，发送给目标控制指令的一项技术[6]。数字化技术通常包含数字编码、数字压缩、数字传输和数字调制等技术[7]。自从数字集成电路问世以来，数字电路迅速发展，因其优势逐渐替代了模拟电路。特别随着计算机体积越来越小，集成电路的集成度不断提高，控制算法越来越复杂化之后，其优势得到进一步体现。传统的模拟电路因为在制造加工工艺精度、运行工作环境比数字电路要严苛得多，渐渐被取代。它所需要的电子元件较多，电路很容易受到外界的干扰，稳定性较弱，适应性较差，而且调试并不便捷。数字电路减少了电路中的元器件数量，不仅大大节省了制造成本，还极大地减少了整体电路的质量。此外，可以有效地减弱外界缤纷复杂的环境对控制电路的不断干扰，从而极大地避免信号在传输过程中发生丢失或者是失真的情况发生，进一步保证系统地连续运行时的可靠性与稳定性。如果需要进行调试，工作人员无法到及时到达现场，可将控制模块和上位机相结合，通过网络通信技术，实现远程调控，将大大节省人力，物力。数字电路不仅调试方便，出错的情况也相对较少。在传统的数字电路中往往采用二进电压制信号，得到的电压制信号只有高电平制和低电平制两种状态，所以电路只要区分出两种不同的状态就可以，允许一定小范围内存在偏差。若要提高信号的精准度，可以通过增加二进制的位数来解决。历经多年来，单相PFC变换器技术的发展，单相PFC变换器在电路拓扑结构上逐渐完善，在控制策略方面各具特色，适用场合也不尽相同，有着不同特点，对于一些特殊硬件开发出了电路简单、易于使用的专用控制芯片。随着单相PFC变换器各个方面的技术达到了顶峰，与单相PFC变换器相比三相PFC变换器可以安装在更大功率的机器上，更加适合现代工业对大功率设备的需求。因此，在功率因数校正技术这一领域的热点研究方向开始从单相PFC变换器偏移到三相PFC变换器上面来。三相式PFC变换器逐渐成为未来发展的主流，但三相PFC变换器在市场上投入生产使用的比例仍然不高，仅占小部分。在现阶段成熟的投入使用的三相PFC变换器大致可以分为：直接式三相PFC变换器与组合式三相PFC变换器两大类。而且现有的三相PFC变换器电路拓扑结构较为复杂，控制策略十分复杂，对于控制流程算法要高，整体上开发难度很大，经济成本也是高居不下。图1-1是Boost型PFC变换器。直接式三相PFC类型有多种多样的电路拓扑结构，三相Boost型PFC变换器是其中最为的一种典型的拓扑结构。图1-1三相Boost型PFC变换器该PFC变换器的优点是输入电流的总畸变率较小，效率高，且能够实现双向的能量传递，适合于中大功率场合使用。但其存在着控制复杂，对功率驱动控制的可靠性有较高要求，启动过程存在冲击电流。有源PFC变换器有Buck、Boost、Buck-Boost、Cuk型四种变换电路。电路拓扑结构不同，说适合使用的场合也不尽相同。Buck型拓扑结构的输出电压可实现减压变比，输出值要比输入电压低，因此特点更具备市场前景。输入电流不连续，这两个原因也导致输入电流与正弦波纹波较大，滤波难度高。在运行中开关管应力值大。电路拓扑结构为图1-2。图1-2Buck型PFC变换器Boost型直流拓扑电路结构的进入输出直流电压远远需要高于它的输入直流电压，该结构设计中利用开关管中的直流电感Lb在通过开关端与管内部导线接通时可以进行直流充电。该开关电路中，当同时开关二极管上的一个同时电感La和Lb同时断开。电路中电感Lb放电，因此输入电流是连续的，适用于大功率设备，输入电流与正弦波纹波较小。电路拓扑结构为图1-3。图1-3Boost型PFC变换器Buck-Boost型的拓扑结构，将两种电路进行串联，可以直接实现升压转换，也可降低电压。可以实现由电路向电源充电的反向充电，这是其他拓扑结构所没有的性能。因为这样的特性使得此拓扑结构运用覆盖面更大。电路拓扑结构为图1-4。图1-4Buck-Boost型PFC变换器Cuk型拓扑结构，是图1-4所示拓扑结构的改进型，同样可以使输出电压升高，也可以实现降低输出电压。因为电路中两个电感Lb与Lb1使得电流平稳，可以实现爱你反极性输出。电路拓扑结构为图1-5。图1-5Cuk型PFC变换器组合式三相PFC变换器是以BoostPFC变换器作为单体，最后将三个单体输出侧并联组合的一种PFC变换器。组合式三相PFC电路由三个单相PFC电路构成。由于组合系统中各单相电路可采用成熟的单相PFC整流器，组合式方案有利于降低系统的研发成本。其电路拓扑结构为图1-6。图1-6BoostPFC的组合式PFC变换器参考文献[1]刘树林,刘健.开关变换器分析与设计[M].北京:机械工业出版社,2010.[2]李洪全.三相大功率PFC电路的研究[D].西安科技大学硕士学位论文,2017.6[3]潘发君.配电网无功与谐波综合补偿原理及方法的研究[D].湖南大学,2007.4[4]盛家进.数字化三相功率因素校正控制技术研究[D].长沙理工大学,2014.3[5]潘博,王健.矿山电力系统谐波的危害与治理[J].山东工业技术,2016.3[6]徐文娟.三相电压型PWM整流器控制策略的研究[D].西南交通大学,2012.[7]马先奎.三相电压型PWM整理器及其非线性控制的研究[D].合肥工业大学,2012.[8]林喜智.两种三相中频PFC整流器的研究[D].南京航空航天大学硕士论文,2018.3[9]陈力.交错并联Boost_PFC技术的研究[10]徐伟,BOOST型三种单相有源PFC变换器的对比研究[J]苏州大学硕士学位论文,2016.5[11]李昕.开关电源无源功率因数校正电路优化设计[J].煤矿机械,2005[12]姚俊,马松辉.Simulink建模与仿真[M].西安电子科技大学出版社,2002:9-10[13]闫少春,张可,田小峰.一种基于三相PFC技术的职能高频开关电源设计[J].工业控制计算机，2016,29(08):121-123.[14]黄奕毅.基于全桥结构的组合型三相单级PFC变换器研究[D].哈尔滨工业大学,2017.6[15]樊长鑫,黄文新,李春杰.组合式三相单级PFC变换器研究[J].电力电子技术,2015.4[16]范会爽.电网电压不平衡下组合式三相全桥PFC变换器控制策略研究[D].哈尔滨工业大学,2019.6[17]盛家进.三相功率因数校正控制技术研究[D].长春理工大学硕士论文,2014.[18]王韦琦.组合式三相单极桥式PFC变换器关键技术研究[D].哈尔滨工业大学,2018.[19]王雪松,贲洪奇,黄奕毅,孟涛.电网不平衡条件下组合式三相单级全桥PFC变换器的运行特性及控制策略[J].中国电机工程学报,2018.04.20[20]肖雅.油田电网无功补偿的优化配置研究及应用,华北电力大学硕士论文[D].2016.3[21]QiaoC.andSmedleyK.M.ATopologySurveyofSignal-StagePowerFactorCorrectionwithaBoostTypeInput-Current-Shaper[J].IEEETrans.OnPowerElectronics,Vol.16,NO.3,2001:360-368.[22]SwamyMM.Anelectronicallyisolated12