逆变电源系统功率因数及谐波干扰问题的解决方案

作者：时间：2012-02-09 来源：网络收藏

由此可见，大量整流电路的应用使电网供给严重畸变的非正弦电流，对此畸变的输入电流进行傅立叶分析，发现它不仅含有基波，还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波倒流入电网，引起严重的谐波污染，使输入端功率因数下降，将造成巨大的浪费和严重危害。输入电流谐波的危害主要有：

(1)使电能的生产、传输和利用的效率降低，使得电器设备过热、产生振动和噪声并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

(2)可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。

(3)使测量仪器产生附加谐波误差。常规的测量仪器是设计并工作在正弦电压、电流波形的，因此在测量正弦电压和电流时能保证其精度，但是这些仪表用于测量非正弦量时，会产生附加误差，影响测量精度。

(4)谐波还会引起继电保护和电动装置误动作，使电能计量出现混乱。

现代逆变电源系统对功率因数校正和电流谐波抑制提出了更高的要求。为了减小AC-DC交流电路输入端谐波产生的噪声和对电网产生的谐波污染，以保证电网供电质量，提高电网的可靠性;同时也为了提高输入功率因数，以达到节能的效果，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定，如国际电气电子工程师协会(IEEE)、国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)都推出了各自建议的谐波标准，其中最有影响力的是IEEE519-992和IEC1000-3-2，我国也先后于1984年和1993年分别制定了限制谐波的规定和国家标准。

因此在现代逆变电源系统中，功率因数校正电路是一个不可或缺的重要组成部分。功率因数校正可以分为无源功率因数校正技术(Passive PFC)和有源功率因数校正技术(Active PFC)。无源功率因数校正技术是采用无源器件，如电感和电容组成得谐振滤波器来实现PFC功能;有源功率因数校正技术则采用了有源器件，如开关管和控制电路来实现PFC功能。现代逆变电源系统应用的多为有源功率因数校正技术，可以将输入电流校正成与输入电压同相的正弦波，将功率因数提高至接近1。

3 带有PFC功能的逆变器构成方案

具有功率因数校正功能的逆变器构成方案通常有三种：三级构成方案Ⅰ、三级构成方案Ⅱ和两级构成方案。

1. 三级构成方案Ⅰ。其结构如图3所示。第一级是50Hz工频变压器，用来实现电气隔离功能，从而保证电源设备的安全性，免受来自高压馈电线的危险。第二级是功率因数校正电路，用来强迫线电流跟随线电压，使线电流正弦化，提高功率因数，减少谐波含量，其输出是400V左右的高压直流。第三级是DC-AC模块，用来实现逆变功能，即通过控制逆变电路的工作频率和输出时间比例，使逆变器的输出电压或电流的频率和幅值按照人们的意愿或设备工作的要求来灵活地变化。