电力电子 第4章 AC-DC变换电路-2

4.4 可控整流电路的功率因数与谐波

• 无功功率的危害

  • 会导致电流和视在功率增加，导致设备容量（电缆粗细、变压器大小等）增加。
  • 会使总电流增加，进而产生额外的损耗。
  • 会使线路压降增加，冲击性无功负载会使电压剧烈波动。

• 谐波的危害

  • 会使元件产生附加的谐波损耗。
  • 会影响各种电器设备的正常工作。
  • 会引起电网局部谐振。
  • 会导致继电保护和自动装置的误操作，使电气测量仪表不准确
  • 会对通信设备产生干扰

• 可控整流电路的基波因数$\nu=\frac{I_1}{I}$

  • 单相全控桥式：$\nu=\frac{2\sqrt{2}}{\pi}\approx0.9$
  • 三相全控桥式：$\nu\approx0.955$
    • 仅含$6k\pm1$次谐波

4.5 单相斩控式有源功率因数校正电路

有源功率因数矫正电路又称APFC，全称为Active Power Factor Correction。

• 控制对象：输入电流
• 控制目标
  • 输入电流可以调节到目标值
  • 输入电流与电压同相位

举个例子：含升压斩波的APFC

1. 为了控制输出电压稳定，将输出电压反馈，其与参考电压比较后送入PI调节器可以得到调节需要的电流幅值（不是很准确）$I_r$。
2. 通过对输入电压分压，可以得到包含输入电压相位信息的“馒头波”$u_N^*$。将$I_r$与$u_N^*$相乘即可得到$i_L$的目标输出$i_r$。
3. 将$i_r$和$i_L$送入滞回比较器即可控制$i_L$，进而做到控制$i_N$的幅值和相位。

• 将里边的Boost电路换成Buck-Boost则可以得到“含升降压斩波的APFC”。
• 仔细一想会发现（考试不考），两个控制目标是不可兼得的。假设输出完全稳定在目标值，则不控整流桥输出的交流电压全部由电感承担，故此时电感一定会有无功功率，无法完全做到输入电流与输入电压同相位，及完全输入有功功率。

4.6 PWM整流电路

整流电路的理想模型

理想的整流电路

• 输出电压稳定
• 输出电压可以快速调整
• 输入功率因数为1
• 可以回馈功率（可以工作在逆变状态，即$\mathrm{II}$、$\mathrm{IV}$象限，作为整流电路看输出功率<0）

整流电路一般可以做以下的抽象：

然后再进一步抽象：

假设可以控制$i_L$的幅值不变并改变其相位，则可以达到做到调整功率因数与回馈功率：

单相电压型PWM全桥整流电路

假设此时已经做到了输出电压稳定（其实稳定不下来...这里只做定性了解）。这时如果导通$\mathrm{VT_1}$和$\mathrm{VT_4}$，则可以在AB处获得$U_o$的直流电压；如果导通$\mathrm{VT_2}$和$\mathrm{VT_3}$，则可以在AB处获得$-U_o$的直流电压，于是就可以进行单极性SPWM（这里有点像逆变，或者说就是逆变？）。通过单极性SPWM可以在AB间获得一个幅值、相位可调的正弦电压，进而即可控制$i_L$，实现调整功率因数及功率反馈。