傳統(tǒng)整流電路會造成電流波形畸變,從而導(dǎo)致功率因數(shù)大大降低,并產(chǎn)生高次諧波分量,污染電網(wǎng)。低功率因數(shù)即代表低的電力效能,越低的功率因數(shù)值代表越高比例的電力在配送網(wǎng)絡(luò)中耗損,若較低的功率因數(shù)沒有被校正提升,電力公司除了有效功率外,還要提供與工作非相關(guān)的虛功,這導(dǎo)致需要更大的發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)換機(jī)、輸送工具、纜線及額外的配送系統(tǒng)等事實上可被省略的設(shè)施,以彌補損耗的不足 。而且在三相的電流系統(tǒng)中,其中性線電流不會為零,可能會有中性線負(fù)載過大的問題。
例如一負(fù)載的功率因數(shù)為0.7,其視在功率為有功功率的1.4倍,其輸入電流也會是1.4倍,因輸電損失和電流平方成正比,輸電損失大約會是2倍。而且系統(tǒng)中的所有元件,如發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線、變壓器等都需要因為額外的功率及電流也加大尺寸及額定,成本也隨之提高。
有源相控陣?yán)走_(dá)是一種典型的大功率負(fù)載,功率可以從幾十千瓦到幾兆瓦不等。隨著有源相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)的成熟,相關(guān)產(chǎn)品也越來越多,對于高效供電系統(tǒng)的需求也越來越多。在我國,大功率系統(tǒng)通常采用三相三線380VAC供電系統(tǒng),飛機(jī)則主要采用三相三線115V供電。由于系統(tǒng)功率需求越來越大、越來越多,對于三相三線PFC的要求也在逐步普及和提高。
常規(guī)三相三線有源PFC多采用無源PFC電路。隨著三相三線有源PFC技術(shù)的成熟,以及有源PFC相對無源PFC的優(yōu)勢,有源PFC系統(tǒng)正在逐步取代無源PFC系統(tǒng)作為三相三線大功率系統(tǒng)的供電解決方案。相對于無源PFC,有源PFC的優(yōu)勢可以用以下幾點概況:
1、有源PFC 功率因數(shù)高,THD小,對電網(wǎng)電能質(zhì)量沖擊小,電網(wǎng)利用率高,可以最大程度的利用發(fā)電端的有用功率,可以帶更多負(fù)荷運行,尤其在微網(wǎng)系統(tǒng)作用顯著直觀;
2、有源PFC輸入輸出電氣隔離,安全性高,無源PFC輸入輸出無隔離;
3、有源PFC輸出波動范圍小,可實現(xiàn)穩(wěn)壓300VDC±1%;
4、在380V系統(tǒng),無源PFC輸出基本是460V-620V居多,即以540V為中心,如果通過多脈沖調(diào)節(jié)功率開關(guān)管的導(dǎo)通相位實現(xiàn)300V的降壓,除輸出電壓波動范圍大,同時勢必引起輸入的諧波因子差,無功分量高,同時導(dǎo)致相關(guān)的濾波措施增加,體積及重量成倍增長;
5、如無需電氣隔離,有源PFC單級的輸出穩(wěn)壓范圍可縮小在600-620V,重量也僅有5Kg,性能明顯優(yōu)于無源PFC;
6、可實現(xiàn)多模塊并聯(lián),自主均流度高,單級無源PFC并聯(lián)均流度差,從而系統(tǒng)的可靠性降低一個等級;
7、有源PFC單位功率密度高出無源PFC一倍乃至幾倍。
目前三相三線有源PFC解決方案有三相單開關(guān)、三相雙開關(guān)、三相三開關(guān)、三相六開關(guān)、三相三開關(guān)三電平等。其中最著名的就是三相三開關(guān)三電平解決方案(見圖一),也被稱作維也納電路。
圖1 三相三開關(guān)三電平電路
我公司三相PFC電源即采用了三相三線三電平PFC解決方案,電源原理框圖見圖2。電源采用了全軟開關(guān)技術(shù)和DSP全數(shù)字控制技術(shù),大大減小了因高頻開關(guān)狀態(tài)帶來的高頻諧波分量,使得產(chǎn)品電磁兼容特性非常好。高效DC/DC轉(zhuǎn)換技術(shù)(效率最高可達(dá)97%)直接為用戶提供電壓可調(diào)/可控的高壓直流母線,同時提供輸入輸出之間的電器隔離。輸出特性穩(wěn)壓、恒流可選。電源同時支持CAN通信,多模塊并聯(lián)均流,風(fēng)冷、水冷散熱解決方案。保護(hù)功能完善:輸入頻率保護(hù)、缺相保護(hù)、過欠壓保護(hù);輸出過壓、過流、短路保護(hù);過溫保護(hù)等。
電源產(chǎn)品主要規(guī)格如下:
三相三線(四線)輸入:323VAC~418VAC/50Hz;
110VAC~130VAC/400Hz。
輸出范圍:200VDC~280VDC
350VDC~420VDC
270VDC~330VDC
480VDC~520VDC
額定輸
出電壓
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最大輸
出電流
|
紋波
|
穩(wěn)壓
精度
|
電流
精度
|
輸入
調(diào)整率
|
負(fù)載
調(diào)整率
|
輸出設(shè)
定范圍
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典型
效率
|
240Vdc
|
45A
|
0.5%
|
±1%
|
±0.5A/ ±5%
|
±1%
|
±1%
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200-280
|
95.0%
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300Vdc
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35A
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0.5%
|
±1%
|
±0.5A/ ±5%
|
±1%
|
±1%
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270-330
|
95.0%
|
380Vdc
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28A
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0.5%
|
±1%
|
±0.5A/ ±5%
|
±1%
|
±1%
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350-420
|
95.50%
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500Vdc
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22A
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0.5%
|
±1%
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±0.5A/ ±5%
|
±1%
|
±1%
|
480-520
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95.50%
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