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整流器在电力电子中的新发展
时间: 2011-2-22 18:34:38   点击数:0

 整流器作为一种重要的电力电子装置而被广泛使用。在公用电网中,因整流器功率因数很低而导致大量无功功率,因此人们对整流器不断改进,使其尽量不产生谐波,并让电流和电压同相位。

采用整流器的多重化来减少谐波是一种传统的很有效的方法,功率因数也因此有所提高,目前仍在广泛使用。它是将几个桥式整流电路多重联结以减少输入电流谐波,并采用自换相整流电路以提高位移因数。多重化也可用于二极管整流电路,如电容滤波二极管整流电路。在晶闸管多重整流电路中采用顺序控制的方法也可提高功率因数。

    迄今为止所用的整流器几乎都是晶闸管相控整流电路或二极管整流电路。这两种整流电路的输入电流中谐波分量都很大,总的功率因数都很低。采用全控型开关器件构成的PWM整流器,其功率因数可接近1,已在某些领域获得应用,这种电路适用于中等容量的整流器。PWM控制技术是首先在直流斩波电路和逆变电路中发展起来的技术。随着GTO晶闸管、IGBT等全控型器件的不断进步,PWM控制技术已十分成熟。目前,正弦波PWM(SPWM)控制技术已在交流变频调速、不间断电源中获得了非常广泛的应用。把逆变电路中的SPWM技术用于整流电路,就形成了PWM整流器。通过对PWM整流电路的适当控制,可使输入电流非常接近正弦波,且电流和电压同相位即功率因数近似为1,所以这种整流器可以称为单位功率因数变流器。

    带斩波器的二极管整流电路也可得到接近于1的功率因数,适用于小功率范围,已在各种开关电源中获得广泛应用。带电容滤波的二极管整流电路被广泛应用,为了使其输入电流为正弦波,从而提高功率因数,可在整流桥和滤波电容之间加一级用于功率因数校正的功率变换电路,这就是有源功率因数校正(Active Power Factor Correction--APFC或简称PFC)。

    在用于功率因数校正的功率变换电路中,使用最多的是升压斩波(Boost)电路。广义而言,PWM控制技术也是有源功率因数校正电路的一种。

    一种新型的矩阵式变频器正在受到人们的关注。这种变频器中没有中间直流环节,属于直接变频器,它也是一种高功率因数变频器,其所用的开关器件是全控型的,控制方式也不是相控而是斩控方式。这种变频器的主要电路拓扑是9个开关单元组成3×3矩阵,并因此得名,其中每个开关单元都是矩阵中的一个元素,是双向可控开关。这种电路的优点是输入电流可控制为正弦波且和电压同相,功率因数为1,也可控制为需要的功率因数,其输出电压也为正弦波,输出频率不受电网频率的限制;能量可双向流动,适用于交流电机四象限运行。矩阵式变频器的缺点是电路复杂,所用的全控型器件为数众多,其控制也很复杂。

    目前,对高功率因数(包括单位功率因数)变流器的研究已成为电力电子领域的一大热点,可以预言,高功率因数变流器将在无功补偿和谐波抑制中发挥越来越大的作用。

 

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