电力电子学电力电子变换和控制技术（第二版）q登陆华中科技大学内部网登陆华中科技大学内部网qID：20192014.0输入功率因数定义输入功率因数定义q交流输入电流中除基波电流交流输入电流中除基波电流Is1外通常还含有各外通常还含有各次谐波电流次谐波电流Isn（n2，3，4，）qTHD的的定义：除基波电流外的所有谐波电流总定义：除基波电流外的所有谐波电流总有效值与基波电流有效值之比值有效值与基波电流有效值之比值输入电流总畸变率输入电流总畸变率THD THD ( (Total Harmonic DistortionTotal Harmonic Distortion) )4.0输入功率因数定义（续输入功率因数定义（续1）输入功率因数输入功率因数PFPF（P Powerower F Factoractor） ：交流侧电压与电流基波分量之间的相位角交流侧电压与电流基波分量之间的相位角11称为称为基波位移角基波位移角；基波功率因数基波功率因数 cos1cos1称为称为基波位移因数基波位移因数DPFDPF；基波因数：基波因数：若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波电流形成有若交流输入电压为无畸变的正弦波，则只有输入电流中的基波电流形成有功功率。
这时功功率这时，定义：交流电源输入有功功率定义：交流电源输入有功功率P PAC AC 与其视在功率与其视在功率S S 之比，即之比，即4.1含有源功率因数校正环节含有源功率因数校正环节(PFC)的单相高频整流的单相高频整流4.1.1 4.1.1 谐波电流的危害及改善措施谐波电流的危害及改善措施4.1.2 4.1.2 含升压含升压(Boost)(Boost)型功率因数校正器的高频整流型功率因数校正器的高频整流4.1.3 4.1.3 带反激式功率因数校正器的高频整流带反激式功率因数校正器的高频整流4.1.1谐波电流的危害及改善措施谐波电流的危害及改善措施220V单相交流电网不控整流电容滤波的应用极为广泛，单相交流电网不控整流电容滤波的应用极为广泛，但存在以下主要缺点：但存在以下主要缺点： ( (1) ) 仅在交流电压的瞬时值大于电容电压时才有输入电仅在交流电压的瞬时值大于电容电压时才有输入电流，电流波形严重畸变，呈脉冲状流，电流波形严重畸变，呈脉冲状 ( (2) ) 直流输出电压只与交流输入电压有关而不能调控直流输出电压只与交流输入电压有关而不能调控 (3) (3) 为了得到输出可控的直流电压，可采用相控整流。
为了得到输出可控的直流电压，可采用相控整流但脉动很大，且最低次谐波频率为但脉动很大，且最低次谐波频率为2 2次谐波，需要很大的滤次谐波，需要很大的滤波器才能得到平稳的直流电压波器才能得到平稳的直流电压 (4) (4) 在相控直流电压较低时电源功率因数低在相控直流电压较低时电源功率因数低 4.1.1谐波电流的危害及改善措施（续谐波电流的危害及改善措施（续1）流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网电压也发生畸变；流过线路阻抗造成谐波电压降，使电网电压也发生畸变；可能危害通讯线路；可能危害通讯线路；会使线路和配电变压器过热，损坏电器设备；会使线路和配电变压器过热，损坏电器设备；会引起电网会引起电网LC谐振；谐振；高次谐波电流流过电网所产生的谐波电压可能使电容器过流、高次谐波电流流过电网所产生的谐波电压可能使电容器过流、过热而爆炸；过热而爆炸；在三相四线制电路中，中线流过三相的三次谐波电流在三相四线制电路中，中线流过三相的三次谐波电流(3倍的倍的3次次谐波电流谐波电流)，使中线过流而损坏；，使中线过流而损坏；还使整流负载交流输入端功率因数下降，其结果是发电、配电还使整流负载交流输入端功率因数下降，其结果是发电、配电及变电设备的利用率降低，功耗加大，效率降低。
及变电设备的利用率降低，功耗加大，效率降低谐波电流对电网有严重的危害作用：谐波电流对电网有严重的危害作用：4.1.1谐波电流的危害及改善措施（续谐波电流的危害及改善措施（续2） 限制电网谐波电流相应的限制电网谐波电流相应的国际标准已经颁布实施国际标准已经颁布实施，如，如IEC-555-2，EN60555-2等，表等，表5.7给出了某一标准要求的谐波给出了某一标准要求的谐波电流限制值电流限制值表表5.7AC-DC变流电路对输入端谐波电流的限制值变流电路对输入端谐波电流的限制值不不控控整整流流能能使使基基波波电电流流与与交交流流电电源源电电压压基基本本同同相相，cos1=1，但但呈呈脉脉冲冲状状的的电电流流含含有有很很大大的的谐谐波波成成份份，因因而而交交流流电电源源的的功功率因数不高率因数不高710302谐波电流(以基波为基数)7次5次3次2次谐波阶次图5.35 AC/DC整流电路5.35(1)(1)附加无源滤波器附加无源滤波器优点：优点：简单、成本低、可靠性高、电磁干扰简单、成本低、可靠性高、电磁干扰EMI小缺点：缺点：体积、重量大，难以得到高功率因数体积、重量大，难以得到高功率因数( (一般提高到一般提高到0.9左右左右) )，工作性，工作性能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容间有大的充放电电能与频率、负载变化及输入电压变化有关，电感和电容间有大的充放电电流并可能引发电路流并可能引发电路L、C谐振等。
谐振等 在图示的整流器和电容之间在图示的整流器和电容之间接入一个滤波电感，或者在交流接入一个滤波电感，或者在交流侧并联接入侧并联接入LCLC滤波器采用采用两类技术措施两类技术措施可减小电源电流中的谐波电流，提高功率因数可减小电源电流中的谐波电流，提高功率因数4.1.1谐波电流的危害及改善措施（续谐波电流的危害及改善措施（续3）4.1.1谐波电流的危害及改善措施（续谐波电流的危害及改善措施（续4）(2)附加有源功率因数校正器或采用高频附加有源功率因数校正器或采用高频PWM整流整流含有源功率因数校正环节的单相整流被简称为含有源功率因数校正环节的单相整流被简称为有源功有源功率因数校正率因数校正(ActivePowerFactorCorrection)APFC优点：优点：功率因数高，功率因数高，THD小；小；可在宽范围输入电压可在宽范围输入电压下工作；下工作；体积、重量轻；体积、重量轻；输出电压恒定输出电压恒定不足不足:单向的单向的PWM整流4.1.2含升压含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流型功率因数校正器的高频整流主电路：主电路：1)单相桥式不控整流器单相桥式不控整流器2)Boost变换器变换器控制电路控制电路：1)电压误差放大器电压误差放大器VAR2)电流误差放大器电流误差放大器CAR3)乘法器乘法器4)比较器比较器C5)驱动器驱动器6)其它相关电路其它相关电路4.1.2含升压含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流型功率因数校正器的高频整流（续（续1）含有一个含有一个BoostConverter，实实现升压式现升压式DCDC的变换；的变换；控控制制电电路路由由一一个个电电压压外外环环和和一一个电流内环构成；个电流内环构成；升升压压电电感感中中的的电电流流受受到到连连续续监监控和调节，使之能跟随整流后控和调节，使之能跟随整流后正弦半波电压波形。
正弦半波电压波形 电路特点：电路特点：4.1.2含升压含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流型功率因数校正器的高频整流（续（续2）有源功率因数校正的控制思想有源功率因数校正的控制思想思路思路: : 主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之主要是控制已整流后的电流，使之在对滤波大电容充电之前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达前，能与整流后的电压波形相同，从而避免电流脉冲的形成，达到改善功率因数的目的到改善功率因数的目的 BoostAPFC原理电路原理电路T导通时导通时，二极管电流为，二极管电流为零，零，| iS |= iL= iT；T断开时断开时，| iS |= iL=iD，具具有有高高频频纹纹波波的的输输入入电电流流iS经经很很小的小的LC滤波后即可得到正滤波后即可得到正弦波电流弦波电流4.1.2含升压含升压(Boost)型功率因数校正器的高频整流型功率因数校正器的高频整流（续（续3）Boost型功率因数校正器型功率因数校正器(APFC)的主要优点的主要优点(1)输入电流连续，电磁干扰输入电流连续，电磁干扰EMI小2)有有输输入入电电感感L，可可减减少少对对输输入入滤滤波波器器的的要要求求，并并可可防防止止电电网对主电路高频瞬态冲击。
网对主电路高频瞬态冲击3)开关器件开关器件T的电压不超过输出电压值的电压不超过输出电压值4)(4)有许多集成控制电路芯片可供设计者选用有许多集成控制电路芯片可供设计者选用缺点缺点(1)输入、输出间没有绝缘隔离输入、输出间没有绝缘隔离(2)BoostAPFC适用于适用于1kW2kW以下以下的负载的负载4.1.3带反激式功率因数校正器的高频整流带反激式功率因数校正器的高频整流T导导通通时时, , Vdc加加在在变变压压器器原原方方绕绕组组等等效效电电感感L1两两端端，i1从从零零上上升升到到ip，电电感感储能，二极管储能，二极管D阻断，阻断，i i2 2=0=0T截止截止时，时，i i1 1=0=0，电感，电感L2释放磁能，释放磁能，D导电，导电，i i2 2向向C充电并向负载供电充电并向负载供电反激式电路反激式电路4.1.3带反激式功率因数校正器的高频整流带反激式功率因数校正器的高频整流（续（续2）工作模式为工作模式为不连续导电模式不连续导电模式DCM，双双 半波正弦虚线为电流峰值半波正弦虚线为电流峰值iP的包络线的包络线I I1 1 为两个近似的正弦半波，为两个近似的正弦半波， is s为一个近似的正弦波。
脉动频率很高，经不为一个近似的正弦波脉动频率很高，经不大的大的L、C滤波器即可将滤为正弦电流滤波器即可将滤为正弦电流4.2三相三相PFCq4.2.1几种典型的三相几种典型的三相PFCq4.2.2三相高频三相高频PWM整流整流4.2.1几种典型的三相几种典型的三相PFC12脉波整流电路脉波整流电路原方原方A A相电流应为相电流应为：除基波外，仅含除基波外，仅含12K12K 1 1（K=1K=1，2 2，3 3）次电流谐波最低次电流谐波为）次电流谐波最低次电流谐波为1111次而三相桥次而三相桥6 6脉波整流电路交流电源中含有脉波整流电路交流电源中含有6K6K 1 1次谐波电流，最低次谐波电流，最低次谐波电流为次谐波电流为5 5次三相单开关三相单开关PFC优点：优点：1.引入引入boost变换器变换器(Lb,Qb,Db)后，功率因数提高后，功率因数提高2.控制简单，成本较低，采用较小的滤波器就可滤除控制简单，成本较低，采用较小的滤波器就可滤除高次谐波高次谐波缺点缺点:电压、电流应力大；只能工作于电压、电流应力大；只能工作于DCM模式，模式，5次谐波大次谐波大要提高功率因数，须提高直流电压要提高功率因数，须提高直流电压。
三个单相三个单相PFC组成三相组成三相PFC优点：优点：1.可利用单相比较成熟的可利用单相比较成熟的PFC技术，由三个单相技术，由三个单相PFC同时供电，控制简单同时供电，控制简单缺点缺点:元器件较多，成本高元器件较多，成本高三相六开关三相六开关PFC电路电路q优点：优点：(1)将交流电源输入电流控将交流电源输入电流控制为畸变很小的正弦化制为畸变很小的正弦化电流，且功率因数可接近于电流，且功率因数可接近于12)体积、重量可以大大地减少体积、重量可以大大地减少3)动态响应速度显著提高动态响应速度显著提高q缺点：缺点：开关管数量多，控制较为复杂开关管数量多，控制较为复杂PWM开关模式整流器被称为开关模式整流器被称为PWM整流器按是否按是否具有能量回馈功能分为具有能量回馈功能分为：1、无能量回馈功能的、无能量回馈功能的P。