摘 要

开关电源中功率因数校正技术主要分为无源功率因数校正和有源功率因数校正，无源功率因数校正虽然容易实现，但功率因数最终的调节效果并不理想，而有源功率因数校正技术因其校正效果更好而受到广泛应用，已被应用于电动汽车、LED照明、通信技术设备等领域。常用有源功率因数校正电路主要有升压型、降压型、升降压型等。针对三相Buck型功率因数校正整流器的研究较少，其效率可进一步提升，将会获得更广泛的应用前景，因此，本文针对三相Buck型功率因数校正整流器的工作原理及控制技术进行了研究。

本文首先分析了单相Buck型功率因数校正整流器的拓扑机构以及工作原理，并与升压型功率因数校正整流器的工作原理相比较，分析了它们之间工作开关状态的不同。

本文重点研究了三相六开关降压型整流电路的拓扑结构、工作原理及其控制策略和算法。

本文还推导了10kW三相Buck型功率因数校正整流器主电路开关器件和滤波器的设计参数公式。

最后，通过搭建10kW高效率三相Buck型功率因数校正整流器的仿真模型，并对其输出结果进行了分析，验证了设计的合理性。

关键词：功率因数校正；降压型；整流

Abstract

The power factor correction technology in switching power supplies is mainly divided into passive power factor correction and active power factor correction. Passive power factor correction is easily to be realized, but the final adjustment effect of power factor is not ideal. The active power factor correction technology has been widely used because of its better correction effect, and has been used in electric vehicles, LED lighting, communication technology equipment and other fields. Commonly used active power factor correction circuits mainly include boost type, buck type, buck-boost type, etc. There are few studies on the three-phase Buck power factor correction rectifier, its efficiency can be further improved, and it will have a wider application prospect. Therefore, this paper studies the working principle and control technology of the three-phase Buck type power factor correction rectifier .

This paper first analyzes the topology and working principle of the single-phase Buck-type power factor correction rectifier, and compares it with the working principle of the boost-type power factor correction rectifier, and analyzes the difference in the working switch state between them.

This paper focuses on the topology, working principle, control strategy and algorithm of the three-phase six-switch buck rectifier circuit.

This paper also deduces the design parameter formulas of the main circuit switching devices and filters of the 10kW three-phase Buck power factor correction rectifier.

Finally, the simulation model of 10kW high-efficiency three-phase Buck-type power factor correction rectifier is built, and the output results are analyzed to verify the rationality of the design.

Key words: Power factor correction；Buck type；Rectification

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 传统降低谐波的方法 1

1.1.2 无功功率补偿主要方式 1

1.1.3 功率因数校正 2

1.2功率因数校正整流器国内外研究现状及主要应用领域 2

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 功率因数校正技术主要应用领域 3

1.3本文研究内容及主要工作 4

第2章 Buck型PFC整流器主电路分析 5

2.1 Buck电路基本原理 5

2.2 单相降压型PFC整流器 6

2.2.1 单相桥式整流电路的两种拓扑结构 6

2.2.2 单相PWM整流电路 9

2.2.3 不控整流的降压型整流器 12

2.3 三相Buck型PFC整流器 13

2.3.1 三相整流电路的两种结构 13

2.3.2 基于不可控整流的三相降压型PFC电路 15

2.3.3 三相六开关电流型整流电路 16

2.4 主电路的选择 17

2.5 本章小结 17

第3章 控制方法及算法推导 18

3.1 基本控制思路 18

3.2 三相六开关降压型整流器的直接电流控制 20

3.3 三相六开关降压型整流器的间接电流控制 20

3.4 本章小结 24

第4章 整流器主电路的参数设计 25

4.1 全控型开关器件参数选择 25

4.1.1 额定电压的选取 25

4.1.2 额定电流的选取 25

4.2 交流侧LC滤波器参数设计 26

4.3 直流侧LC滤波器参数设计 27

4.4 本章小结 27

第5章 10kW三相降压型PFC整流器的仿真与结果分析 28

5.1 具体仿真参数的设定 28

5.2 仿真电路图的搭建 28

5.2.1 开环控制仿真 28

5.2.2 间接电流控制仿真 28

5.3 仿真结果分析 29

5.3.1 开环控制仿真结果分析 29

5.3.2 间接电流控制仿真结果分析 31

5.4 本章小结 34

第6章 总结和展望 35

6.1 总结 35

6.2 展望 35

参考文献 36

附录A 开环控制的三相六开关降压型整流电路仿真图 38

附录B 间接电流控制三相六开关降压型整流器仿真图 39

附录C 间接电流控制调制波生成模块和二逻辑变三逻辑模块仿真图 40

致谢 41

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

近年来，较大功率电力电子装置在工业领域和人民生活领域得到了广泛应用，住宅区、商业或办公楼的直流负载的数量和功率需求显著增加。这些负荷包括电动汽车、LED照明、节能空调和通风系统的变速驱动器以及台式计算机、服务器和数据中心等信息和通信技术设备，并且随着这些负荷设备的不断发展，对电能质量的要求也不断提升。而设计一个包含功率因素校正的整流器可将市电的三相交流电转换为直流电，从而满足上述需求。

通常来说，谐波和功率因数是衡量电能质量的重要参数，谐波的存在会导致电压或者电流波形非正弦化，不但会降低电能传输或者使用的效率，还可能会损坏用电设备，造成巨大经济损失甚至重大事故；用电设备功率因数过低，也即无功损耗过大，会通过改变电流大小造成有功损耗，同时，过低的功率因数也是电网不允许的。因此，如何降低谐波、提高功率因数一直以来都是电力电子领域的重要研究话题。严格来说，谐波的来源十分广泛，电力系统中从发电环节一直到用电环节，都有可能产生谐波，其中，用电环节由于存在许多非线性负载以及异步电动机等感性负载，往往会产生大量谐波并往电网注入无功功率，由此，功率因数这一参数综合考虑了谐波和无功功率，成为衡量用电器对电网污染程度的重要指标。