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  • 在该文件中,功率因数已使用公式计算; 功率因数=Real_power/视在功率。
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  • 基于MATLAB的有源功率因数校正器设计、电子技术,开发板制作交流
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  • 三个相不仅都需要高功率因数(电流波形必须跟踪电压波形),每个相提供的功率还必须一致。  本文将讨论一个可以实现这一功能的方法,并将读者导向有关如何设计各个所需元件的进一步信息。  图 1 说明了三个相中...
  • 基于matlab的双闭环Boost变换器的有源功率因数校正电路仿真算法可靠,具有很好的参考价值,需要的请自行下载
  • 基于BOOST电路的有源功率因数校正设计pdf,
  • 最初需要定义两个值:f 和 Ts,其中 f 是正弦信号的频率,Ts 是采样时间段。 在此模拟中,f 选择为 60 Hz,Ts = 1e-6 秒。 如果电流滞后于电压,则相位差将为负。 如果电流超前于电压,则相位差为正。
  • 本文对实现PFC的模拟控制方法和数字控制方法进行了比较,介绍了采用数字控制的独特优点。详细讨论了采用数字信号处理器作为控制核心时的设计事项和方法。
  • 实验五日光灯电路与功率因数的提高.doc
  • matlab功率因数测量

    2021-04-19 01:08:41
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    6、负荷功率因数对系统潮流有什么影响? 答:负荷功率因数降低,无功功率就会增大,...

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  • 有源功率因数校正APFC电路,是指在传统的不控整流中融入有源器件,使得交流电流在一定的程度上正弦化。
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  • 最新版功率因数校正(PFC)手册是第一版PFC手册的升级版。通过一步一步的设计指导和系统级的对比,PFC手册评估了300W电源应用中
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  • 填谷式无源功率因数校正PFC电路的工作原理详解pdf,该资源主要介绍了填谷式无源功率因数校正(PFC)电路的工作原理及其在基于离线式电源开关Ic的LED驱动器中的应用。
  • 功率因数的提高

    千次阅读 2020-05-24 21:10:06
    功率因数cos φ :对电源利用程度的衡量。 φ的意义:电压与电流的相位差,阻抗的辐角 当cosφ<1时,电路中发生能量互换,出现无功功率当 Q= UI sin φ ,引起两个问题: 功率因数的提高 提高功率因数的原则 必须...

    功率因数cos φ :对电源利用程度的衡量。

    φ的意义:电压与电流的相位差,阻抗的辐角
    当cosφ<1时,电路中发生能量互换,出现无功功率当
    Q= UI sin φ ,引起两个问题:

    功率因数的提高

    1. 提高功率因数的原则
      必须保证原负载的工作状态不变。即:加至原负载上的电压和负载的有功功率不变。
    2. 提高功率因数的措施
      在感性负载两端并电容
      并联电容C后,
      (1)电路的总电流1↓,电路总功率因数cos φ↑
      (2)原感性支路的工作状态不变:
      感性支路的功率因数cos φ不变
      感性支路的电流I1不变
      (3)电路总的有功功率不变
      因为电路中电阻没有变,所以消耗的功率也不变。

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  • 这就是“功率因数”,对吗?但难道它仍然是关于50Hz或60Hz时的“实际”和无功元件吗?也对也错。遗憾的是,这种概念化过程有些太过简单了。  在电力配送系统中,对功率因数校正(PFC)的理解通常是在电力配送系统中...
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  • 描述项目背景及可行性分析项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况项目名称:基于FPGA的功率因数控制器项目的主要内容:为了进一步提高电源功率因数和降低对电网造成的谐波污染,各种拓扑结构的功率因数校正(Power...

    描述

    项目背景及可行性分析

    项目名称、项目的主要内容及目前的进展情况

    项目名称:基于FPGA的功率因数控制器

    项目的主要内容:为了进一步提高电源功率因数和降低对电网造成的谐波污染,各种拓扑结构的功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)技术已经成为电力电子技术研究的热点之一。开发一款通用的功率 项目主要的控制算法部分用硬件描述语言实现,并做成控制模块添加到FPGA系统中。在软件设计部分,采用μC/OS-II进行多任务调度来实现PC机的人机界面控制、本地调试和远程控制接口的通讯等。

    项目关键技术及创新点的论述;

    项目的关键技术:首先是浮点数运算,还有流水线设计以及模块的分时复用等。

    创新点:传统的PFC数字控制器都是基于DSP的,本项目用FPGA代替传统的DSP芯片。

    技术成熟性和可靠性论述:

    由于PFC模拟和传统的DSP控制已经大量应用,故项目的理论基础是很成熟的。但由于以PFGA系统级的设计作为PFC的手段,在市面上几乎没有,所以用FPGA设计PFC具有前瞻性的意义。

    项目实施方案

    1.方案基本功能框图及描述

    功率电路选用Boost升压型拓扑。

    控制电路采用CCM(电感电流连续)的平均电流控制法。

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    电压环通过调节平均输入电流来控制直流总线电压,实现功率因数校正的首要任务;电流环控制交流输入电流使之跟踪输入电压,实现功率因数校正的第二个任务。具体过程是:输出电压分压后与参考电压比较,然后经电压控制器处理,得到电压控制信号;电压控制信号与输入整流后的电压值相乘,得到电流的基准信号,此基准信号中不仅包含了调节输出电压的信号成分,而且也包含电流所要跟随的正弦信号成分;输入电流与基准信号比较后输入电流控制器,得到一个输出为电压占空比的信号,此信号通过PWM发生器驱动开关管通断。

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    2.需要的开发平台

    提高高频电源的功率因数

    这也是PFC的目的所在。PFC的首要任务:利用校正电路将沿正弦波曲线的上升和下降的不同输入电压转换成稳定的,比输入正弦电压幅值稍高的直流输出电压。第二个任务:检测输入电网的电流并使它变为与输入电网的电压同相位的正弦波。

    人机界面监控以及本地调试和远程控制

    通过人机界面,设定各种控制参数就可以对高频开关电源进行FPC的实际监控和测试。在进行测试时,由于电源是在现场(本地),而监控测试可能在远地,这时本地和远地的通讯就尤为重要,所以要进行通讯的设计。

    需要的器件

    A/D、D/A能采样1MHz的中频信号,精度8-10位以上;DSP功能强劲;支持MicroBlaze和PowerPC;SRAM等。

    所需要的目标FPGA开发平台,简述为什么需要此平台

    设计之初选择使用Altera DE2开发平台,扩展板AD、DA自行研发,验证简单的数据采集和通信的功能。最终将选择Xilinx Virtex II Pro开发平台。理由:设计之初选择Altera DE2板的目的是证明本参赛组对基于FPGA的数字电路设计及其应用上具有参赛实力。但由于其平台不具有商业化的操作,最终选择Xilinx Virtex-II Pro开发平台是因为项目属于计算机架构,嵌入式系统,实时操作系统,网络方面的应用, 唯Virtex-II Pro XC2VP30能够满足该设计要求。

    是否需要其它配套的开发工具

    需要配套的调试和下载工具

    2.方案实施过程中需要开发的模块

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    电流环控制算法

    为了达到功率因数校正的目的,使输入电流跟踪输入电压。就必须进行电流环的设计。如图3-3所示。

    25a8c2ab6704ffe5e8641ecc2542a23c.png

    输入电流经过ADC采样后,将数据送入加法器和除法器中,得到平均电流。电压环的输出信号与输入的采样电压相乘后得到参考电流。比较器经过比较两个电流的大小。输出方波信号控制开关的导通与关断,当平均电流等于参考电流时,开关管关断,然后在下一个开关周期开始的时候在让开关管导通,继续采样电压和电流。

    电压环控制算法

    电压环的控制部分采用PI控制算法。由于此算法有许多明显的优点,如系统稳定,控制方便,算法易于设计等等。

    3.系统最终要达到的性能指标

    PF至少达到95%以上。

    能实现本地和远程控制。

    需要的其它资源

    1.设计输入输出功能子板

    完成数据采集与反馈控制的AD、DA扩展板,自行研制,07年11月以前验收。

    2.测试设备

    直流稳压电源、万用表、示波器、频谱仪、矢量信号分析仪等。

    3.方针、开发工具

    MATLAB、EDK、ModelSim、Xilinx ISE等,其他的开发工具自行解决。

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  • 功率因数(Power Factor)是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关, 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1...

    功率因数(Power Factor)是衡量电气设备效率高低的一个系数。它的大小与电路的负荷性质有关, 如白炽灯泡、电阻炉等电阻负荷的功率因数为1,一般具有电感性负载的电路功率因数都小于1。


    功率因数低,说明无功功率大, 从而降低了设备的利用率,增加了线路供电损失。

    关于功率因数的讨论,网上有不少文章,但很多人仍然对一些概念存有误解,这将为系统的设计带来诸多危害,有必要在此再加以澄清。

    一、功率因数的由来和含义

    在电气领域的负载有三个基本品种:电阻、电容和电感。

    电阻是消耗功率的器件,电容和电感是储存功率的器件。日常所用的交流电在纯电阻负载上的电压和电流是同相位的,即相位差q = 0°,如图1(a)所示;

    图1 不同性质负载上的电流电压关系


    交流电在纯电容负载上的电压和电流关系是电流超前电压90°(q =90°),如图1(b)所示;交流电在纯电感负载上的电压和电流关系是电流滞后电压90°(q = -90°),如图1(c)所示。

    功率因数的定义是:
     (1)

    在电阻负载上的有功功率就是视在功率,即二者相等,所以功率因数F=1。而在纯电容和纯电感负载上的电流和电压相位差90°,所以功率因数F=cosq = cos90°=0,即在纯电容和纯电感负载上的有功功率为零。

    从这里可以看出一个问题,同样是一个电源,对于不同性质的负载,其输出的功率的大小和性质也不同,因此可以说负载的性质决定着电源的输出。换言之,电源的输出不取决于电源的本身,就像一座水塔的供水水流取决于水龙头的开启程度。

    从上面的讨论可以看出,功率因数是表征负载性质和大小的一个参数。而且一般说一个负载只有一种性质,就像一个人只有一个身份证号码一样。这种性质的确定是从负载的输入端看进去,称为负载的输入功率因数。一个负载电路完成了,它的输入功率因数也就定了。

    比如UPS作为前面市电或发电机的负载而言,比如六脉冲整流输入的UPS,其输入功率因数就是0.8,不论前面是市电电网还是发电机,比如要求输入100kVA的视在功率,都需要向前面的电源索取80kW的有功功率和60kvar的无功功率。如果UPS的输入功率因数是0.6,就需要向前面的电源索取60kW的有功功率和80kvar的无功功率。像这样的输出分配,前面电源是“无权”决定的。

    二、表征UPS输出能力的参数——负载功率因数

    1. 负载功率因数被误称为“输出功率因数”

    UPS不能一对一地制造,也要事先根据当前用电器的形式和规模预先制造出一批或几批不同功率因数和功率规格的机器,以备市场现货销售。预先制造出一批或几批UPS的根据就是负载功率因数。当UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数相等时,就称为完全匹配,UPS就可输出全部功率。遇到不匹配负载时,就必须降额使用。图2示出了UPS负载功率因数与负载输入功率因数的关系。

    图2 UPS负载功率因数与负载输入功率因数的关系

    有的就误把UPS的负载功率因数称为UPS的输出功率因数。这种误解的来源大概认为UPS既然有输入功率因数就一定有输出功率因数,这样一来UPS的性质就有两种,从输入看进去是一种性质,从输出看进去又是另一种性质,误解了电路性质的唯一性。


    既然是UPS的输出功率因数,如前所述,如果UPS有输出100kVA的能力,那么应当在任何负载性质的条件下都可给出功率因数所指出的有功功率和无功功率。

    比如被称为输出功率因数的数值为0.8时,在任何负载性质的条件下都可给出80kW的有功功率和60kvar的无功功率。但实际上不是这样。比如往往出现这种情况,当负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,就会因过载而转旁路,这是其一;

    其二,当用功率因数表测量UPS输出端时发现,在带线性负载时其功率因数值为1,当带二极管整流滤波输入的IT负载时其功率因数值又是0.7,怎么也出不来0.8。实际上这两种情况测得的都是负载的功率因数,所谓输出功率因数0.8根本就不会出现,除非带输入功率因数为0.8的负载时,但那时测得的也仍然是负载的功率因数。即,只要带负载测量,测得的就是负载的功率因数。

    这样一来,只有不带负载时才可测得UPS的“输出功率因数”,这时有功功率P的输出电流IP=0,视在功率S的输出电流IS=0,尽管二者的电压UP和US不为零,但根据式(1)

    (2)

    这个结果就是一个无理数。功率因数表测试根本就测不出任何值。也就是说所谓的“输出功率因数”没有任何操作性。

    2.负载功率因数的确定因素

    那么负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,为什么给不出80kW呢?一般这种情况下的工频机UPS设计是根据额定的有功功率选择逆变器,而无功功率部分由逆变器后面的电容器C来承担,如图3所示。

     图3 一般工频机UPS与负载匹配情况下的主电路结构

    在图中的逆变器功率选择就是根据负载功率因数设定的。这里是以负载功率因数为0.8的100kVA UPS为例的数字。逆变器是根据80kW选择的功率管,电容器C的容量是根据输出的无功功率60kvar选定的(当然还需另外加上滤波时所需的容量)。因为在全匹配负载时电容C的输出无功功率QC和负载上的容性无功功率负载上的感性无功功率 QL绝对值相等而符号相反,完全互补(直接相减),即:QC-QL=0

    而且C和L形成的回路电流并不流经逆变器,即无功电流不流经逆变器,UPS就是在这种设定条件下制造的。

    所以在全匹配的条件下,负载功率因数为0.8的100kVA UPS能将80kW的有功功率和60kvar的无功功率全部输送给负载。即在UPS的负载功率因数与负载的输入功率因数完全匹配时,负载上得到的功率就是:

    (3)

    如果负载的输入功率因数与UPS的负载功率因数不相等,情形又会怎样呢?比如后面的负载是线性负载,即负载的输入功率因数=1,这种情况经常出现在UPS带假负载考机情况,如图4所示。在这里有一个很大的区别,负载中的电感部分没有了。这就造成了逆变器后面电容器C的无功功率再也不能向负载端提供的局面。由于60kvar的容抗XC是:

     (4)

    从上式可以看出,逆变器输出首先并联了一个小于1W的电抗,如果让逆变器输出端建立起220V的电压,首先要向电容C提供一个电流IC,其值的大小为:

     (5)

    而原来逆变器可以提供的电流IINV为:

    (6)

    很显然,必须从逆变器输出电流中减去上述的容性电流,余下的才是负载应得的电流Ir,即:

    (7)

    那么此时负载上能够得到的功率Pr就只有:


    Pr =241A´220V»53kW (8)

    图4 一般工频机UPS与线性负载不匹配情况下的主电路结构

    或者用功率计算式得出同样的结果:

    (9)

    因此负载功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时,只能给出53kW的功率,在以往的机器中不止一次地证明了这个结论。也就是说当负载的输入功率因数不等于UPS的负载功率因数时,UPS就必须降额使用。这是一般规律,当然对不同负载功率因数的UPS有着不同的降额值。

    3. 对UPS功率因数的误解危害

    正是由于有的用户将负载功率因数误认为是UPS的“输出功率因数”,不但将归属关系搞错了,而且还引出了一个根本不存在的概念。既然是“UPS的输出功率因数”,那么UPS的输出功率就必须服从这个功率因数值,也就是说“功率因数为0.8的100kVA UPS在带线性负载时也应给出80kW的输出功率”。如果这种误解仅仅是个别用户,最多导致用户和供应商方面的矛盾。但如果是制定标准者陷入这个误区,危害就是全国的UPS制造商。

    比如原来都是进口的大功率UPS,在带线性实验负载时发现功率因数为0.8的100kVA UPS给不出80kW,于是就认为是厂家的产品不合格,在加之厂家也说不清楚原因,于是就只好加大逆变器的功率,也就是说在逆变器中必须也把60kvar的无功功率包含进去,即:

    (10)

    无形中将逆变器的造价增加了20%,但逆变器的驱动电路也比需相应地升级,那就不止20%了。全国所有的厂家都必须照此办理,这个影响面就大了!这样一来,80kW的输出功率是给出来了,可惜的是负载功率因数F就不是0.8了,因为陷入误区的制造商是不会将原来60kvar的无功功率作任何改变的,即仍然保留了60kvar的电容器,这样一来按着原来的对负载功率因数F的设计,就变成了:

    (11)

    当然,只要输出给够了80kW,至于此时的功率因数值也就无人顾及了。如果真的有人看到了这一点,是不是认为这台100kVA 的UPS只要给出68.4kW就达标了!

    很显然,这样的改变是不应该的,一来是损害了制造商的利益,二来也不符合科学道理,只是因为误解原因而人为地认为这样做。甚至有的说:多数人同意这样做那就对。要知道科学的问题不是靠举手表决解决的,自由落体的苹果就是要落在地上,再多的人举手表决也不会飞到天上去。

    和负载功率因数并列的一个量就是UPS输出电压的谐波失真度,有的将二者混为一谈,认为只要输出电压的谐波失真度达到要求,那么负载功率因数也就知道了。实际上在产品设计中负载功率因数和谐波失真虽然有些联系,但不是一码事,各自的考虑不同。谐波失真度就好比是衡量这件衣服做得活计好不好,针脚密不密,样式好不好。而功率因数表示的则是男服装还是女服装,是多大号的衣服,等等。所以这两个指标且不可厚此薄彼,甚至舍弃其中之一。

    更不能令人放心的是有些读者至今仍认为功率因数是百分数,常听到有人问:你的UPS的输入功率因数是百分值多少?这从上面的计算就可清楚地看到,有功功率和无功功率是正交关系。

    从式(11)也可看到视在功率、有功功率和无功功率三者之间的关系是直角三角形勾股弦的关系。所以有功功率和无功功率是不能直接加减的。比如上面的例子,如果将80kW看做80%,那么60kvar就是60%,这样一来有功功率和无功功率加在一起就是140%,显然是不对的。这个最基本的基本概念如果搞不清楚,其他概念就很难去理解了!

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空空如也

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影响功率因数的因素