《三相功率因数校正及其控制技术研究》-毕业论文（设计）.doc

PAGE PAGE 6 三相功率因数校正及其控制技术研究 学生专业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 导师姓名： 摘要 电力电子装置的广泛应用，对电网注入了大量谐波及无功。大量的谐波会对电网及用电设备产生严重的危害。要解决这种谐波“污染”，基本的思路有两条：一条是装设谐波补偿装置来补偿谐波；另一条是对电力电子装置本身进行改造，使其不产生谐波。 随着绿色能源技术的发展，有源功率因数校正技术力已成为电力电子技术研究的热点和亮点。它可以实现无电网污染和很高的功率因数。功率因数校正技术是抑制谐波电流、提高功率因数的行之有效的方法，近年来受到了越来越多的关注。本文研究了多种三相功率因数校正的电路拓扑以及控制方法，对不同拓扑结构的PFC电路的工作过程和功率因数校正原理进行了仿真研究，分析了不同电路的优点、缺点以及应用场合。这些比较研究的结果能为各种电路拓扑的选择和优化提供借鉴指导。从诸多电路拓扑结构中，本文选择三相单开关Boost PFC电路作为详细研究的对象，分析了其工作原理，发现输入电流中5次谐波的含量很高。为了在不增大升压比M的情况下，本文利用谐波注入法来减少5次谐波.最后，本文利用理论分析，确定和选择主电路以及控制电路的参数，设计了一套试验装置，给出了相应的控制电路，并做了主要性能的测试，实验结果证明了理论分析的正确性。 关键词：功率因数校正，优化，传感器 第1章 绪论 1.1谐波问题的提出 “谐波”一词起源于声学。电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。因此，世界各国都对谐波问题予以充分关注。供电系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波(Non—harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。谐波畸变一般分为电压畸变和电流畸变。一般情况下，供电电网电压的畸变率相对电流畸变率低得多，而且电网电压畸变多是由于电流畸变引起的。 在电力系统运行中，理想的供电电压和供电电流波形应当是工频下的正弦波，但是实际的波形总有不同程度的畸变。近年来，配电网中换流器、变频调速、电弧炉、电气化铁路、家用电子设备以及各种电力电子设备不断增加，这些负荷的用电特性（非线性、冲击性和不对称性）使电力系统中的电压和电流波形发生了严重的畸变。目前，谐波己成为污染电力系统的严重危害之一，电力系统谐波解决问题已经受到人们广泛关注。电力系统谐波问题涉及面很广，包括谐波检测、谐波分析、谐波标准、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波抑制以及在谐波情况下各种电气量的测量和分析等。 谐波检测是谐波问题中的一个重要方面，是解决其它谐波问题的基础。电力系统谐波产生的因素很多且非常复杂，要对其进行实时检测比较困难，一直以来很多研究人员正在极力寻求有效的谐波检测方法及其硬件实现技术。 谐波对公用电网和其它系统的危害主要表现为： 1．谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至引发火灾。 2．谐波影响各种电气设备的正常工作。谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。 3．谐波可引起电力系统局部并联或串联谐振，使谐波含量放大，这会使上述两种危害大大增加，甚至引起重大事故。 4．谐波还会使继电保护和自动装置误动作，甚至造成跳闸事故，严重威胁电网的安全运行。 1．2功率因数校正的目的和意义 电能质量问题已经引起了各国电力工作者的高度重视，我国的电能质量的研究正处于起步阶段，但是已经取得了一定的成绩，电能质量的监测，不论在理论上还是在实践中，都有许多值得深入研究的问题。研制一种新型的谐波监测装置，有效的进行谐波的监测，对于保证电力系统运行的安全性，经济性和可靠性都具有重要意义。 在电力电子装置大量应用之前，最主要的谐波源是电力变压器的励磁电流，其次是发电机。随着工农业的高速发展，公用电网中的谐波源主要是各种电力电子装置(如：家用电器、计算机的电源部分)、电弧炉等，其中在各种电力电子装置中整流装置所占的比例最大。目前，常用的整流电路几乎都采用二极管控整流电路或晶闸管相控整流电路，其中以单相桥或三相桥式整流电路为最多。由于输入电流的谐波分量