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知识|减小航空电源中输入电流谐波的方法

作者:admin 发布日期: 2020-12-09 二维码分享

电力电子装置在工业及民用中不断普及,给电网造成了严重的谐波污染,因此功率因数校正技术(Power Factor Correction,PFC)越来越受到人们的关注。单相升压型PFC变换器由于其高功率因数、高效率得到了广泛的应用,但是在输入电压过零附近,输入电流会发生畸变。随着输入频率增加时,尤其是航空电网频率在360 Hz一800 Hz时,畸变会变得更加严重,各次谐波很难满足航空系统提出的RTCADO一160D标准,现存的PFC设计技术在航空电源的应用中受到了局限。

近年来,高性能PFC技术的研究又激发了人们的热情,提出了各种方法和电路拓扑结构来改善输人电流过零畸变,使输入电流谐波满足航空电源系统提出的标准。

随着电网频率增加时,输入电流超前于输入电压的相位会增加,从而使功率因数降低,电流谐波含量增大,提出了抵消超前相位导纳技术(LPAC)来减小过零畸变;当输入电压过零时,输入电流跟踪不上基准电流的相位Φc和输入电流与电压之间的相位差θ是产生过零畸变的根本原因,提出采用多电平技术来减小过零畸变和电流谐波含量;一种改善PFC变换器输入电流过零畸变的方法的资料提出了一种数字控制策略,通过在输人电压过零点时刻检测输入电流值,根据检测到的值实时修正参考输入电压的初相角,直至输入电流与输人电压同相位,从而减小输入电流过零畸变。

本文介绍上述三种方法来改善输入电流过零畸变,从而减小输入电流谐波,重点介绍了LPAC技术来改善过零畸变。通过比较这三种方法,得出电流相位超前补偿技术在工程应用中是.适合的方法,并且基于控制芯片UCC3817,设计制作了一台实验样机,实验结果证明了该方法的可行性。

1.1 三电平技术

当输入电压过零时,输入电流跟踪

不上基准电流的相位Φc,输入电流与电压之间的相位差θ是产生过零畸变的根本原因。为了减小Φc,需要减小L,受电流纹波的限制,必须提高系统的开关频率;为了减小θ,需要减小 CZ、CP和L,这样会提高系统的截止频率,系统要保证稳定也需要相应地提高开关频率。三电平技术在不提高开关频率的前提下,等效开关频率提高了2倍,并减小电感到原来的1/4,即 LTLBoost = LBoost/4,这样可以有效减小高频输入时的Φc 。

为了验证该技术的正确性,笔者进行了实验验证,分别制作了一台1 kW Boost TL和Boost PFC变换器原理样机。实验参数:输入交流电压为Uin=115Vac±10% / 400—800 Hz;输出电压Uo=200 V;输出电流Io=5 A;TL Boost电感为LTLBoost =0.09 mH;Boost电感为LBoost =0.36 mH;TL Boost输出滤波电容Cf1=Cf2=2 400μF;Boost滤波电容Cf= 2400μF;开关频率为.fs=100 kHz。

数字控制技术

针对Boost PFC变换器输入电流过零畸变的原因,网络资料一种改善PFC变换器输入电流过零畸变的方法中提出了数字控制策略(如图4所示),来改善PFC输入电流过零畸变。通过在输入电压过零点检测输入电流值,根据所检测到的电流值来实时修正参考输入电压Ug( t),直到输入电流与输入电压同相位,从而减小输入电流的波形畸变。通过编程实现对参考输人电压信号相位的控制,而不需要对主电路做任何改动。

在输入电压频率为400 Hz时,实验结果表明,LPAC技术能明显减小过零畸变,输入电流谐波含量能满足航空电源谐波标准,证明了该方法的可行性。

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