实验八-单相交流电路及功率因数的提高

实验八单相交流电路及功率因数的提高

一、实验目的

1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。

2. 了解日光灯电路的特点，理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明

1. 交流电路中电压、电流相量之间的关系在单相正弦交流电路中，各支路电流和回路中各元件两端的电压满足相量形式的基尔霍夫定律，即

Σ?＝0和ΣU

＝0 图8-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号U 的激励下，电阻上的端电压U 与电路中的电流I 同相位，当R 的阻值改变时，R U 和C U 的大小会随之改变，但相位差总是保持90°，R U 的相量轨迹是一个半圆，电压U 、C U 与R

U 三者之间形成一个直角三角形。即U =R

U +C U 相位角φ＝acr tg (Uc / U R )

改变电阻R 时，可改变φ角的大小，故RC 串联电路具有移相的作用。

2. 交流电路的功率因数

交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即

os φ＝P / S

其中φ为电路的总电压与总电流之间的相位差。

交流电路的负载多为感性（如日光灯、电动机、变压器等），电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率，因此功率因数比较低(cos φ＜0.5)。从供电方面来看，在同一电压下输送给负载一定的有功功率时，所需电流就较大；若将功率因数提高 (如cos φ＝1 )，所需电流就可小些。这样即可提高供电设备的利用率，又可减少线路的能量损失。所以，功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。

为了提高交流电路的功率因数，可在感性负载两端并联适当的电容Ｃ，如图8-2所示。并联电容Ｃ以后，对于原电路所加的电压和负载参数均未改变，但由于C I 的出现，电路的总电流I 减小了，总电压与总电流之间的相位差φ减小，即功率因数cos φ得到提高。

3. 日光灯电路

及功率因数的提高

日光灯电路由

灯管R、镇流器L和

启辉器S组成，C是

补偿电容器，用以改

善电路的功率因数，如图8-3所示。其工作原理如下：

当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极(双金属片)与固定电极接触。由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。灯管起燃后，两端压降较低，起辉器不再动作，日光灯正常工作。

三、实验设备

序号名称型号与规格数量备注

自耦调压器0～220V 1 RTDG01

交流电流表0～5A 1 RTT03-1

交流电压表0～300V 1 RTT03-1

单相瓦特表D34-W或其它 1 RTT04

白炽灯泡40W/220V 3 RTDG07

镇流器与40W灯管配用 1 RTDG08

启辉器与40W灯管配用 1 RTDG08

电容器1μF,2.2μF 4.7μF/400V RTDG08

日光灯灯管40W 1 RTDG-1

电流插座 3 RTDG08

四、实验内容

1. 用一只220V，40W的白炽灯泡和4.7μF/450V电容器组成如图8-1 所示的实验电路，经指导教师检查后，接通市电，将自耦调压器输出调至220V。记录U、U R、U C值，验证电压三角形关系。改变亮灯盏数(即改变R)成并联电容C之值，重复测量，数据记入表8-1中。

负载情况测量值计算值

R C U(v) UR(v) Uc(v) U’(UR,UC组成RtΔ) ΔU ?

40WR3 4.7μF

40WR2 4.7Μf

40WR1 2.2μF

2. 日光灯线路接线与测量。

按图8-3组成线路，经指导教师检查后接通市电交流220V电源，调节自耦调压器的输出，使其输出电压缓慢增大，直到日光灯刚启辉点亮为至，按表8-2记录各表数据。然后将电压调至220V，测量功率P和P R，电流I，电压U，U L，U R等值，计算镇流器等值电阻r和等效电感L。

日光灯测量值计算值

工作状态U(V) I(A) P(W) U R(V) UrL(V) Pr(W) r(Ω) L(H)

启辉状态

正常工作

3. 并联电路──电路功率因数的改善。

按图8-3组成实验线路。

经指导老师检查后，接通市电，将自耦调压器的输出调至220V，记录功率表，电压表读数，通过一只电流表和三个电流插孔分别测得三条支路的电流，改变电容值，进行重复测量。

电容值测量数值计算值

0 P(w) U(v) I(A) I L(A) I C(A) cosФI’A cos’Ф

1μF

2.2μF

3.2μF

4.7μF

5.7μF

6.9μF

五、实验注意事项

1. 本实验用交流市电220V，务必注意用电和人身安全。

2. 功率表要正确接入电路，读数时要注意量程和实际读数的折算关系。

3. 线路接线正确，日光灯不能启辉时，应检查启辉器及其接触是否良好。

六、预习思考题

1. 参阅课外资料，了解日光灯的启辉原理。

2. 在日常生活中，当日光灯上缺少了启辉器时，人们常用一根导线将启辉器的两端短接一下，然后迅速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

3. 为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路，试问电路的总电流是增大还是减小，此时感性元件上的电流和功率是否改变？

4. 提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？所并的电容器是否越大越好？

5. 若日光灯在正常电压下不能启动点燃，如何用电压表测出故障发生的位置?试简述排除故障的过程?

七、实验报告

1. 完成数据表格中的计算，进行必要的误差分析。

2. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。

3. 讨论改善电路功率因数的意义和方法。

4. 装接日光灯线路的心得体会及其他。

功率因数校正之基本原理

功率因数校正之基本原理何谓工率因数？功率因数（power factor；pf）定义为实功（real power；P）对视在功率（apparent power；S）之比，或代表电压与电流波形所形成之相角之余弦，如图1。功率因数值可由0至1之间变化，可为电感性（延迟的、指标向上）或电容性（领先的、指标向下）。为了降低电感性之延迟，可增加电容，直到pf为1。当电压与电流波形为同相时，工率因数等于1（cos(0o)=1）。所有努力使工率因数等于1是为了使电路为纯电阻化（实功等于视在功率）。 ▲图1: 功率因数之三角关系。实功（瓦特）可提供实际工作，此为能量转换元素（例如电能到马达转动rpm）。虚功（reactive power）乃为使实功完成实际工作所产生之磁场（损耗）。而视在功率可想成电力公司提供之总功率，如图1所示。此总功率经由电力线提供产生所需之实功。当电压与电流皆为正弦波时，如前述定义之功率因数（简称为功因）为电压与电流波形之对应相角，但大部份之电源供应器之输入电流乃非正弦波。当电压为正弦波而电流为非正弦波时，则功因包括两个因素：1)相角位移因素，2)波形失真因素。等式1表示相角位移与波形失真因素之于功因的关系。 ----------------------------------------------------(1)

Irms(1)为电流之主成份，Irms电流之均方根值。因此功率因数校正线路是为了使电流失真最小，且使电流与电压同相。当功因不等于1时，电流波形没有跟随电压波形，不但有功率损耗，且其产生之谐波透过电力线干扰到连接同一电力线之其它装置。功因越接近1，几乎所有功率皆包含于主频率，其谐波越接近零。 ■了解规范 EN61000-3-2对交流输入电流至第40次谐波规范。而其class D对适用设备之发射有严格之限制（图2）。其class A要求则较宽松（图3）。 ▲图2:电压与电流波形同相且PF=1(Class D)。

单相功率因数校正的仿真研究.

学号14051400645 毕业设计（论文）题目：单相功率因数校正电路的仿真研究作者王任届别2009届系别机械与电气工程系专业自动化指导教师荣军职称讲师完成时间2009年5月21日

摘要现代开关电源技术所面临的最重要课题之一就是功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)。在各种单相PFC电路拓扑结构中，Boost升压型功率因数校正电路由于具有主电路结构简单，变换效率高，控制策略易实现等优点而得到广泛应用。本文叙述了有源功率因数校正(APFC)的原理和方法，对硬开关和软开关主电路的主要元器件参数进行设计，并在软件环境下搭建了功率因数校正电路Boost变换器与Boost-ZVT变换器的仿真模型，分别对输入电压与输入电流、开关管驱动波形、输出电压与输出电流进行仿真，并对仿真结果进行分析和比较，指出了它们各自的优点与缺点。关键词：开关电源；功率因数校正；OrCAD/PSpice仿真

ABSTRACT One of the most important issue in modern switching power technology is the Power Factor Correction(PFC). Among a variety of single-phase PFC circuit, Boost boost power factor correction has been widely used as a result of the simplicity of the main circuit structure, high conversion efficiency and easy control strategy achievement. This paper considers the principle and method of the Active Power Factor Correction(APFC) and designs the parameters of main circuit components of hard switching and soft switching. Meanwhile, it establishs the PFC Boost converter circuit and the Boost-ZVT converter simulation model by utilizing software. Moreover, it simulates the waveform of input voltage and current together with the drive waveform of the switch tube and the waveform of output voltage and output current respectively. At last, it analyzes the simulation results, then makes a comparison, pointing out their advantages and disadvantages respectively. Key words: Switching Power; PFC; OrCAD/PSpice simulation

电力电子课程设计单相交流调压电路

电力电子课程设计单相交流调压电路电力电子课程设计说明书题目: 单相交流调压电路课程设计院系: 水能专业班级: 学号: 学生姓名: 摘要交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少。目录

1、电路设计的目的及任务 .................................................................... 1 1.1课程设计的目的与要求 (1) 1.2课程设计的内容 ..................................................................... (1) 1.3仿真软件的使用 ..................................................................... (2) 1.4设计方案选择 ..................................................................... ....... 2 2、单相交流调压主电路设计及分析 (3) 2.1 电阻性负载 ..................................................................... (3) 2.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析 (3) 2.1.2 结果分析 ..................................................................... (6)

实验2、功率因数的提高(含数据)

功率因数的提高一. 实验目的 1. 学会用功率表法测量电感阻抗参数的方法。 2．通过实验了解提高功率因数的方法和意义。 3. 熟悉交流电压表、电流表、功率表和单相自耦调压变压器的主要技术特征，并掌握其正确的使用方法。二. 实验内容 1. 电感阻抗参数的测量，按图5-1接线。分别测量40W 白炽灯(R)，电感线圈(L) 的等效参数。 2. 电感阻抗两端并联电容，接线如图5-2。逐渐加大电容量每改变一次容值，都要测量端电压U （调节自藕变压器使其保持90V 固定值），测量总电流I ，电感阻抗电流IRL ，电容电流IC 以及总功率P 之值，记录于表5-2。图5-2 表5-2 电感阻抗L 两端并联电容C 测得数据 Z

表5-3 电感阻抗L与两个灯泡R串联后两端并联电容C测得数据三.注意事项 1. 本实验直接用市电220V交流电源供电，实验中要特别注意人身安全，不可用手直接触摸通电线路的裸露部分，以免触电，进实验室应穿绝缘鞋。 2. 自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验线路及实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必须严格遵守这一安全操作规程。四.实验设备（1）功率表1只（2）数字万用表1台（3）电量仪1台（4）白炽灯1只40W /220V （5）电感线圈1只（6）电容器5只0.5μF ,1μF ,2μF,4μF ,8μF /500V 五.实验报告要求 1．完成表格中的数据计算。 2. 以电容C的值为自变量，绘制cosφ曲线。此处cosφ是指负载端的功率因数，包括电容器。 3. 根据一组实验数据分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。 4．讨论改善电路功率因数的意义和方法。

实验三--单相交流调压电路实验

信息科技大学电力电子技术实验报告实验项目：单相交流调压电路实验学院：自动化专业：自动化（信息与控制系统） /学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班指导老师：白雪峰学期： 2014-2015学年第一学期

实验三单相交流调压电路实验一．实验目的 1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。 2．加深理解交流调压感性负载时对移相围要求。二．实验容 1．单相交流调压器带电阻性负载。 2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。三．实验线路及原理本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成。四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL-05(A)组件或NMCL—36组件 5．二踪示波器 6．万用表五．注意事项在电阻电感负载时，当α

无源功率因数校正电路的原理和应用

无源功率因数校正电路的原理和应用摘要:本文介绍SIEMENS公司提出的开关电源集成控制器TDA16846无源功率因数校正(PFC)电路原理及其在电视机开关电源中的应用。功率因数的改善是基于一个特殊的由电感,电容及二极管组成的充电泵电路,该电路在功率管的高压端兼起吸收缓冲作用,因此它具有输入谐波电流分量小,PF值高以及EMI小、电路简单、成本低和可靠性高等优点。这为电视机厂家提供了一个高效价廉的解决电源谐波问题的新方案。关键词:开关电源功率因数校正一、引言众所周知,目前电视机和大部分通用电器都广泛地从交流电网中提取电能经整流后变成直流电供全机使用,AC电源经桥式整流后常接一个滤波平整电容。由于该电容的存在,使整流臂的导通时间小于半个周期,因而做成输入电源电压是正弦形,而输入电流却是正负交替的脉冲形。后者导致大量电流谐波特别是三次谐波的产生,这既构成对电网效能的干扰和损害,又降低了本机功率因数,为此，我国跟欧美各国一样，已于去年12月1日起正式实施限制功耗大于75W的通用电器产品输入谐波电流的新规定。面对这种新情况,当前各电器厂家都必须考虑更新产品中的电源设备,尤其是对25英寸以上的彩色电视机,过去国内产品绝大部分都没有安装PFC电路,其PF值一般在0.55～0.65之间,输入电流谐波分量往往超出国家限定的标准,因此改进电源电路,增加PFC功能以便降低电视机的输入电流谐波分量是各厂家的当务之急。本文介绍由SIEMENS公司推出的与开关电源集成控制器TDA16846配合使用的一个无源功率因数校正(PFC)电路,该电路能将电源PF值提高到0.9以上,与有源PFC电路相比,它明显地具有结构简单,成本低,可靠性高,和EMI小等优点,因此对电视机厂家来说,不失为一个有效的解决电源谐波问题的可行方案。二、无源PFC电路工作原理介绍图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。

单相交流调压电路

单相交流调压电路一、工作原理单相交流调压电路带组感性负载时的电路以及工作波形如下图所示。之所产生的滞后由于阻感性负载时电流滞后电压一定角度，再加上移相控制所产生的滞后，使得交流调压电路在阻感性负载时的情况比较复杂，其输出电压，电流与触发角α，负载阻抗角φ都有关系。当两只反并联的晶闸管中的任何一个导通后，其通态压降就成为另一只的反向电压，因此只有当导通的晶闸管关断以后，另一只晶闸管才有可能承受正向电压被触发导通。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角ɑ、负载阻抗角φ都有关系。其中负载阻抗角)arctan(R wL =?,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为φ。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分φαφαφα<=>,,三种工况分别进行讨论。（1）φα>情况图1 电路图（截图）图2 工作波形图φα>（截图）

上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在i u 的正半周α角时， i T 触发导通，输出电压o u 等于电源电压，电流波形o i 从0开始上升。由于是感性负载，电流o i 滞后于电压o u ，当电压达到过零点时电流不为0，之后o i 继续下降，输出电压o u 出现负值，直到电流下降到0时，1T 自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流o i 从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角0θ。由后面的分析可知，在φα>工况下，ο180<φ因此在2T 脉冲到来之前1T 已关断，正负电流不连续。在电源的负半周2T 导通，工作原理与正半周相同，在o i 断续期间，晶闸管两端电压波形如图2所示。为了分析负载电流o i 的表达式及导通角θ与α、φ之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在αω=t 时刻晶闸管T 1导通，负载电流i 0应满足方程 L 0Ri d d t io +=i u =i U 2sin t ω 其初始条件为： i 0|αω=t =0, 解该方程，可以得出负载电流i 0在α≤t ω≤θα+区间内的表达式为 i 0=])sin()[sin()(2tan /)(2φαωφαφωω-----+t i e t L R U . 当t ω=θα+时，i 0=0，代入上式得，可求出θ与α、φ之间的关系为 sin （θα+-φ）=sin （α-φ）e φθtan /- 利用上式，可以把θ与α、φ之间的关系用下图的一簇曲线来表示。

单相交流调压电路课程设计完整版

单相交流调压电路课程设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

《电力电子技术》课程设计设计题目: 单相交流调压电路院(系): 能源工程学院专业年级: 13级电气二班姓名: 徐刚刚学号: 指导教师: 荆红莉 2015年12月 28日

课程设计（论文）任务及评语院（系）：能源工程学院教研室：电气工程及其自动化：成绩：平时 20% 论文质量 60% 答辩 20% 以百分制计算前言电力电子技术是研究采用电力电子器件实现对电能的交换和控制的科学，是20世纪50年代诞生， 70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术；以节约能源、提高运行可靠性并更好地满足产要求为目的的交流变频调速技术，以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为

目的，并可有效节能的灵括（柔性）交流输电技术等等。随着电力半导体制造技求、徽电子技术、汁算机技术，以及控制理论的不断进步。电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。交流调压电路广泛应用于灯光控制，如调光台灯和舞台灯光控制及其异步电动机的软启动，也应用于异步电机调速。在电力系统中，这种电路也用于对无功功率的调节。目录

1 单相交流调压电路的设计设计目的和要求分析 =210伏。要求分设计一个单相交流调压电路，要求触发角为60度。输入交流U 2 析： 1. 单相交流调压主电路设计，原理说明； 2．触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析； 3．保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析； 4．参数设定与计算(包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析，器件额定参数确定等可自己添加分析的参数)； 5. 相关仿真结果。由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：交流调压主电路设计、触发电路设计、保护电路设计及相关计算和波形分析部分。 2 设计方案选择本系统主要设计思想是：采用两个晶闸管反向并联加负载为主电路，外加触发电路；触发电路控制晶闸管的导通，从而控制输出。其系统框图如下所示： 3 控制电路。在每半个周波内通过对晶间管开通相位的控制，以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。这种电路还用干对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电

功率因数校正电路(pfc)电路工作原理及应用

功率因数校正(英文缩写是PFC)是目前比较流行的一个专业术语。PFC 是在20世纪80年代发展起来的一项新技术，其背景源于离线开关电源的迅速发展和荧光灯交流电子镇流器的广泛应用。PFC 电路的作用不仅仅是提高线路或系统的功率因数，更重要的是可以解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。线路功率因数降低的原因及危害导致功率因数降低的原因有两个，一个是线路电压与电流之间的相位角中，另一个是电流或电压的波形失真。前一个原因人们是比较熟悉的。而后者在电工学等书籍中却从未涉及。功率因数(PF)定义为有功功率(P)与视在功率(S)之比值，即PF=P/S 。对于线路电压和电流均为正弦波波形并且二者相位角Φ时，功率因数PF 即为COS Φ。由于很多家用电器(如排风扇、抽油烟机等)和电气设备是既有电阻又有电抗的阻抗负载，所以才会存在着电压与电流之间的相位角Φ。这类电感性负载的功率因数都较低(一般为0.5-0.6)，说明交流(AC)电源设备的额定容量不能充分利用，输出大量的无功功率，致使输电效率降低。为提高负载功率因数，往往采取补偿措施。最简单的方法是在电感性负载两端并联电容器，这种方法称为并联补偿。 PFC 方案完全不同于传统的“功率因数补偿”，它是针对非正弦电流波形而采取的提高线路功率因数、迫使AC 线路电流追踪电压波形的瞬时变化轨迹，并使电流与电压保持同相位，使系统呈纯电阻性的技术措施。长期以来，像开关型电源和电子镇流器等产品，都是采用桥式整流和大容量电容滤波电路来实现AC-DC 转换的。由于滤波电容的充、放电作用，在其两端的直流电压出现略呈锯齿波的纹波。滤波电容上电压的最小值远非为零，与其最大值(纹波峰值)相差并不多。根据桥式整流二极管的单向导电性，只有在AC 线路电压瞬时值高于滤波电容上的电压时，整流二极管才会因正向偏置而导通，而当AC 输入电压瞬时值低于滤波电容上的电压时，整流二极管因反向偏置而截止。也就是说，在AC 线路电压的每个半周期内，只是在其峰值附近，二极管才会导通(导通角约为70°)。虽然AC 输入电压仍大体保持正弦波波形，但AC 输入电流却呈高幅值的尖峰脉冲，如图l 所示。这种严重失真的电流波形含有大量的谐波成份，引起线路功率因数严重下降。若AC 输入电流基波与输入电压之间的位移角是Φ1，根据傅里叶分析，功率因数PF 与电流总谐波失真(度)THD 之间存在下面关系：而是由二极管、电阻、电容和电感等无源元件组成。无源PFC 电路有很多类型，其中比较简单的无源PFC 电路由三只二极管和两只电容组成，如图2所示。这种无源PFC 电路的工作原理是：当50Hz 的AC 线路电压按正弦规律由0向峰值V m 变化的1/4周期内(即在0

有源功率因数校正技术及控制方式分析_张浩

第25卷第3期上海电力学院学报V o l .25,N o .3　2009年6月 J o u r n a l o f S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r J u n e 2009 文章编号:1006-4729(2009)03-0201-07 有源功率因数校正技术及控制方式分析收稿日期:2009-03-30 作者简介:张浩(1962-),男,博士,教授,博士生导师,江苏无锡人.主要研究方向为电力系统自动化,工业以太网, 现场总线,电力监测与管理,电力企业信息化等.E -m a i l :h z h a n g k @y a h o o .c o m .c n . 张　浩,许龙虎 (上海电力学院电力与自动化工程学院,上海　200090) 摘　要:电力电子设备谐波污染问题越来越严重,功率因数校正技术是解决该问题的最有效方法,而有源功率因数校正(A P F C )技术因其独特的优势成了该领域的研究重点.介绍了功率因数的定义和校正原理,并根据有源功率因数校正电路说明了A P F C 的工作原理,重点阐述了A P F C 技术的各种控制方法及其未来的发展趋势. 关键词:有源功率因数;校正技术;控制方式中图分类号:T P 217+.3 文献标识码:A A c t i v e P o w e r F a c t o r C o r r e c t i o n T e c h n o l o g y a n dC o n t r o l Me t h o d s A n a l y s i s Z H A N GH a o ,X UL o n g -h u (C o l l e g e o f E l e c t r i c P o w e r a n dA u t o m a t i o nE n g i n e e r i n g ,S h a n g h a i U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o w e r ,S h a n g h a i 200090,C h i n a ) A b s t r a c t :　T h eh a r m o n i c p o l l u t i o np r o b l e m o f p o w e r e l e c t r o n i cd e v i c e s b e c o m e s m o r ea n dm o r e s e r i o u s ,a n d p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n t e c h n o l o g y i s t h e m o s t e f f e c t i v e m e t h o d t o s o l v e t h i s p r o b l e ma n d t h e a c t i v e p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o n(A P F C )t e c h n o l o g y h a s b e c o m e t h e r e s e a r c hf o c u s o w i n gt oi t s u n i q u e a d v a n t a g e s .T h ed e f i n i t i o na n dp r i n c i p l e s o f p o w e r f a c t o r c o r r e c t i o na r ei n t r o d u c e d ,t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f A P F Ct e c h n o l o g y i s s h o w e d a c c o r d i n g t o t h e A P F Cc i r c u i t .T h e d e v e l o p m e n t t r e n d a n d v a r i o u s c o n t r o l m e t h o d s o f A P F Ct e c h n o l o g y a r e m a i n l y a n a l y z e d .K e y w o r d s :　a c t i v e p o w e r f a c t o r ;c o r r e c t i o n t e c h n o l o g y ;c o n t r o l m e t h o d s 随着我国经济的发展,各种换流设备的使用越来越多、容量越来越大,加上一些非线性用电设备接入电网,将其产生的谐波电流注入电网,使公用电网的电压波形发生畸变,造成电能质量下降,威胁电网和包括电容器在内的各种电气设备的安全经济运行.为了提高电网的供电质量,限制高次谐波污染,国内外电气组织先后制定了相关标准,我国国家技术监督局1993年颁布了G B /T 14549 -93电能质量公用电网谐波,国际电工委员会(I E C )1998年制定了I E C 61000-3-2标准 [1] .解决电力电子设备谐波污染问题的方法有两种:一是对电网采用滤波补偿;二是对电力电子设备本身进行改进,即进行功率因数校正.相对来说,功率因数校正能够更有效地消除整流装置的谐波,具有更广泛的前景,已经成为电力电子技术的一个重要研究方向[2] .

单相有源功率校正电路

实验五：单相有源功率校正电路（一）实验目的 1.掌握单相有源功率校正电路的工作原理，要求输出电压达到给定值，且网侧电流正弦化，功率因数为1； 2.掌握电压外环和电流内环的设计方法。（二）实验原理有源功率因数校正(Active Power Factor Correction APFC)电路，是指在传统的不控整流中融入有源器件，使得交流侧电流在一定程度上正弦化，从而减小装置的非线性、改善功率因数的一种高频整流电路。基本的单相APFC电路在单相桥式不可控整流器和负载电阻之间增加一个DC-DC功率变换电路，通常采用Boost电路。通过适当的控制Boost电路中开关管的通断，将整流器的输入电流校正成为与电网电压同相位的正弦波，消除谐波和无功电流，将电网功率因数提高到近似为1。其电路原理图如图1所示。假定开关频率足够高，保证电感L的电流连续;输出电容C足够大，输出电压u o可认为是恒定直流电压。电网电压u i为理想正弦，即u i=U m sinωt，则不可控整流桥的输出电压u d为正弦半波，u d=u i=U m sinωt。图1.APFC电路原理图当开关管Q导通时，u d对电感充电，电感电流i L增加，电容C向负载放电;当Q关断、二极管D导通时，电感两端电压u L反向，u d和u L对电容充电，电感电

流i L减小。电感电流满足下式。通过控制Q的通断，即调节占空比D，可以控制电感电流i L。若能控制i L近似为正弦半波电流，且与u d同相位，则整流桥交流侧电流i i也近似为正弦电流，且与电网电压u i同相位，即可达到功率因数校正的目的。为此需要引入闭环控制。控制器必须实现以下两个要求:一是实现输出直流电压u o的调节，使其达到给定值;二是保证网侧电流正弦化，且功率因数为1。即在稳定输出电压u o的情况下，使电感电流i L与u d波形相同。采用电压外环、电流内环的单相APFC双闭环控制原理如图2所示。电压外环的任务是得到可以实现控制目标的电感电流指令值i L?。给定输出电压u o?减去测量到的实际输出电压u o的差值，经PI调节器后输出电感电流的幅值指令I L?测量到的整流桥出口电压u d除以其幅值U m后，可以得到表示u d波形的量u d′,u d′为幅值为1的正弦半波，相位与u d相同。I L?与u d′相乘，便可以得到电感电流的指令值i L?。i L?为与u d′同相位的正弦半波电流，其幅值可控制直流电压u o的大小。图2.APFC控制框图电流内环的任务是通过控制开关管Q的通断，使实际的电感电流气跟踪其

单相交流调压电路课程设计

新疆工业高等专科学校电气系课程设计说明书题目：单项交流调压电路（反并联）设计（纯电阻负载）专业班级：学生姓名：指导教师：完成日期：2012-6-8

新疆工业高等专科学校电气系课程设计任务书 2012学年2学期2012年6月6日专业供用电技术班级课程名称电力电子应用技术设计题目单项交流调压电路（反并联）设计（纯电阻负载）指导教师起止时间2012-6-4至2012-6-8周数一周设计地点新疆工程学校设计目的：设计任务或主要技术指标：设计进度与要求：主要参考书及参考资料：教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日

新疆工业高等专科学校电气系课程设计评定意见设计题目：单相交流调压（反并联）设计（纯电阻负载）学生姓名：专业班级供电评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日评定意见参考提纲： 1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2.学生的勤勉态度。 3.设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。

前言电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器一次侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。采用这种方法，可使变压器二次侧的整流装置避免采用晶闸管，只需要二极管，而且可控级仅在一侧，从而简化结构，降低成本。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦波，其谐波分量较大，功率因数也较低。

实验3 日光灯电路及功率因数的提高

实验三交流电路的研究一、实验目的 1、学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器； 2、学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率； 3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法； 4、加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。 5、研究提高感性负载功率因数的方法和意义；二、实验原理 1、交流电路的电压、电流和功率的测量正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压U ，流过该元件的电流I 和它所消耗的功率P ，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量50Hz 交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：电阻元件的电阻：I U R R =或2I P R = 电感元件的感抗I U X L L = ，电感f X L π2L = 电容元件的容抗I U X C C = ，电容C 21 fX C π= 串联电路复阻抗的模I U Z = ，阻抗角 R X arctg =? 其中：等效电阻 2 I P R = ，等效电抗2 2 R Z X -= 在R 、L 、C 串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相量和，而不能用它们的有效值直接相加。电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电源并联，电流线圈和电压线圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图3-1 方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选500V 和3A 。 2、提高感性负载功率因数的研究供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这两种负载会同时存在。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。

功率因数校正原理及相关IC.

功率因数校正原理及相关IC 近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后近年来，随着电子技术的发展，对各种办公自动化设备，家用电器，计算机的需求逐年增加。这些设备的内部，都需要一个将市电转换为直流的电源部分。在这个转换过程中，会产生大量的谐波电流，使电力系统遭受污染。作为限制标准，IEC发布了IEC1000?3?2；欧美日各国也颁布实施了各自的标准。为此谐波电流的抑制及功率因数校正是电源设计者的一个重要的课题。 2高次谐波及功率因数校正一般开关电源的输入整流电路为图1所示：市电经整流后对电容充电，其输入电流波形为不连续的脉冲，如图2所示。这种电流除了基波分量外，还含有大量的谐波，其有效值I 式中：I1，I2，…In，分别表示输入电流的基波分量与各次谐波分量。谐波电流使电力系统的电压波形发生畸变,我们将各次谐波有效值与基波有效值的比称之为总谐波畸变THD(TotalHarmonicDistortion) THD=(2) 用来衡量电网的污染程度。脉冲状电流使正弦电压波形发生畸变，见图3的波峰处。它对自身及同一系统的其它电子设备产生恶劣的影响，如： ——引起电子设备的误操作，如空调停止工作等； ——引起电话网噪音； ——引起照明设备的障碍，如荧光灯闪灭； ——造成变电站的电容，扼流圈的过热、烧损。功率因数定义为PF=有效功率/视在功率,是指被有效利用的功率的百分比。没有被利用的无效功率则在电网与电源设备之间往返流动，不仅增加线路损耗，而且成为污染源。设电容输入型电路的输入电压e为：

单相功率因数校正电路的设计与研究论文

单相功率因数校正电路的设计与研究目录摘要............................................... 错误!未定义书签。ABSTRACT............................................ 错误!未定义书签。目录 (1) 1 绪论 (2) 1.1开关电源概述................................. 错误!未定义书签。 1.2功率因数校正概述 (2) 1.3软开关单相升压功率因数校正 (3) 2 有源功率因数校正APFC的基本工作原理与应用 (3) 2.1功率因数校正（PFC）的定义及意义 (3) 2.1.1 功率因数校正的定义 (3) 2.1.2 功率因数校正的意义 (4) 2.2有源功率因数校正技术的研究现状 (6) 2.3功率因数校正实现方法 (6) 2.4有源功率因数校正技术的分类 (7) 3 BOOST变换器功率因数硬开关校正电路的仿真 (7) 3.1主电路的设计及工作波形图 (7) 3.2B OOST变换器基本原理 (8) 3.3主电路主要元器件的参数设计 (9) 3.3.1 高功率因数校正硬开关AC/DC变换电路技术指标 (9) 3.3.2 升压电感的设计 (9) 的设计 (10) 3.3.3 输出电容C O 3.4主电路的仿真与分析 (11) 4 BOOST型ZVT-PWM功率因数软开关校正电路的仿真 (14) 4.1主电路的设计及工作波形图 (14) 4.2B OOST型ZVT-PWM变换器工作原理 (15) 4.3B OOST型ZVT-PWM变换器运行模式分析 (15) 4.4硬开关技术的缺点 (17) 4.5B OOST型ZVT-PWM变换器的优缺点 (19) 4.6软开关技术的特性 (19) 4.7主电路主要元器件的参数设计 (21) 4.7.1 高功率因数校正软开关AC/DC变换电路技术指标 (21) 4.7.2 谐振电感Lr的设计 (21) 4.7.3 谐振电容Cr的设计 (22) 4.8主电路的仿真与分析 (22) 5 全文总结 (25)

实验八-单相交流电路及功率因数的提高

实验八单相交流电路及功率因数的提高一、实验目的 1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 了解日光灯电路的特点，理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。二、原理说明 1. 交流电路中电压、电流相量之间的关系在单相正弦交流电路中，各支路电流和回路中各元件两端的电压满足相量形式的基尔霍夫定律，即 Σ?＝0和ΣU ＝0 图8-1所示的RC 串联电路，在正弦稳态信号U 的激励下，电阻上的端电压U 与电路中的电流I 同相位，当R 的阻值改变时，R U 和C U 的大小会随之改变，但相位差总是保持90°，R U 的相量轨迹是一个半圆，电压U 、C U 与R U 三者之间形成一个直角三角形。即U =R U +C U 相位角φ＝acr tg (Uc / U R ) 改变电阻R 时，可改变φ角的大小，故RC 串联电路具有移相的作用。 2. 交流电路的功率因数交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即 c os φ＝P / S 其中φ为电路的总电压与总电流之间的相位差。交流电路的负载多为感性（如日光灯、电动机、变压器等），电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率，因此功率因数比较低(cos φ＜0.5)。从供电方面来看，在同一电压下输送给负载一定的有功功率时，所需电流就较大；若将功率因数提高 (如cos φ＝1 )，所需电流就可小些。这样即可提高供电设备的利用率，又可减少线路的能量损失。所以，功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。为了提高交流电路的功率因数，可在感性负载两端并联适当的电容Ｃ，如图8-2所示。并联电容Ｃ以后，对于原电路所加的电压和负载参数均未改变，但由于C I 的出现，电路的总电流I 减小了，总电压与总电流之间的相位差φ减小，即功率因数cos φ得到提高。

单相交流调功电路实验

创新性实验姓名刘太阳班级自动化2013级2班学号201301100221 单相交流调功电路实验一、实验目的

熟悉调功电路的基本工作原理与特点。二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理单相交流调功电路方框图如图所示。单相交流调功电路方框图把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。交流调功电路的主电路和交流调压电路的形式基本相同，只是控制的方式不同。他不是采用移相控制而采用通断控制方式。交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角对输出电压波形进行控制。而是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断,即负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。如图所示，这种电路常用于电炉的温度控制，因为像电炉这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制。只要大致以周波数为单位控制负载所消耗的平均功率，故称之为交流调功电路。 L C336

单相交流调功主电路采用周波控制方式，使得负载电压电流的波形都是正弦波，不会对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。此外由于在BCR导通期间，负载上的电压保持为电源电压，因此若将此控制方式用于手电钻在低速下对玻璃或塑性材料进行钻孔，将非常有利。交流调功电路典型波形图实验线路，选用灯泡作为实验负载，从灯泡亮、暗时段的变化，可了解交流调功电路的原理与特征。实验线路中双向晶闸管的触发信号由555组成振荡器，产生一个占空比可调的触发脉冲，并通过模拟门形成可靠的触发信号，其频率要低于市电的频率，并可在一定的范