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    大功率三相三线有源PFC解决方案

      传统整流电路会造成电流波形畸变,从而导致功率因数大大降低,并产生高次谐波分量,污染电网。低功率因数即代表低的电力效能,越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损,若较低的功率因数没有被校正提升,电力公司除了有效功率外,还要提供与工作非相关的虚功,这导致需要更大的发电机、转换机、输送工具、缆线及额外的配送系统等事实上可被省略的设施,以弥补损耗的不足 。而且在三相的电流系统中,其中性线电流不会为零,可能会有中性线负载过大的问题。

      例如一负载的功率因数为0.7,其视在功率为有功功率的1.4倍,其输入电流也会是1.4倍,因输电损失和电流平方成正比,输电损失大约会是2倍。而且系统中的所有元件,如发电机、导线、变压器等都需要因为额外的功率及电流也加大尺寸及额定,成本也随之提高。

      有源相控阵雷达是一种典型的大功率负载,功率可以从几十千瓦到几兆瓦不等。随着有源相控阵雷达技术的成熟,相关产品也越来越多,对于高效供电系统的需求也越来越多。在我国,大功率系统通常采用三相三线380VAC供电系统,飞机则主要采用三相三线115V供电。由于系统功率需求越来越大、越来越多,对于三相三线PFC的要求也在逐步普及和提高。

      常规三相三线有源PFC多采用无源PFC电路。随着三相三线有源PFC技术的成熟,以及有源PFC相对无源PFC的优势,有源PFC系统正在逐步取代无源PFC系统作为三相三线大功率系统的供电解决方案。相对于无源PFC,有源PFC的优势可以用以下几点概况:

      1、有源PFC 功率因数高,THD小,对电网电能质量冲击小,电网利用率高,可以最大程度的利用发电端的有用功率,可以带更多负荷运行,尤其在微网系统作用显著直观;

      2、有源PFC输入输出电气隔离,安全性高,无源PFC输入输出无隔离;

      3、有源PFC输出波动范围小,可实现稳压300VDC±1%;

      4、在380V系统,无源PFC输出基本是460V-620V居多,即以540V为中心,如果通过多脉冲调节功率开关管的导通相位实现300V的降压,除输出电压波动范围大,同时势必引起输入的谐波因子差,无功分量高,同时导致相关的滤波措施增加,体积及重量成倍增长;

      5、如无需电气隔离,有源PFC单级的输出稳压范围可缩小在600-620V,重量也仅有5Kg,性能明显优于无源PFC;

      6、可实现多模块并联,自主均流度高,单级无源PFC并联均流度差,从而系统的可靠性降低一个等级;

      7、有源PFC单位功率密度高出无源PFC一倍乃至几倍。

      目前三相三线有源PFC解决方案有三相单开关、三相双开关、三相三开关、三相六开关、三相三开关三电平等。其中最著名的就是三相三开关三电平解决方案(见图一),也被称作维也纳电路。

      图1 三相三开关三电平电路

      我公司三相PFC电源即采用了三相三线三电平PFC解决方案,电源原理框图见图2。电源采用了全软开关技术和DSP全数字控制技术,大大减小了因高频开关状态带来的高频谐波分量,使得产品电磁兼容特性非常好。高效DC/DC转换技术(效率最高可达97%)直接为用户提供电压可调/可控的高压直流母线,同时提供输入输出之间的电器隔离。输出特性稳压、恒流可选。电源同时支持CAN通信,多模块并联均流,风冷、水冷散热解决方案。保护功能完善:输入频率保护、缺相保护、过欠压保护;输出过压、过流、短路保护;过温保护等。

     


    电源产品主要规格如下:
    三相三线(四线)输入:323VAC~418VAC/50Hz;
                           110VAC~130VAC/400Hz。
    输出范围:200VDC~280VDC
                              350VDC~420VDC
                              270VDC~330VDC
                              480VDC~520VDC

    额定输  
    出电压

    最大输  
    出电流

    纹波 

    稳压
    精度 

    电流
    精度 

    输入
    调整率 

    负载 
    调整率

     输出设
    定范围

    典型 
    效率

    240Vdc

    45A

    0.5%

     ±1% 

    ±0.5A/ ±5% 

    ±1% 

    ±1% 

    200-280 

    95.0%

    300Vdc 

    35A

    0.5%

     ±1% 

    ±0.5A/ ±5% 

    ±1% 

    ±1% 

    270-330 

    95.0%

    380Vdc 

    28A

    0.5%

     ±1% 

    ±0.5A/ ±5% 

    ±1% 

    ±1% 

    350-420 

    95.50%

    500Vdc 

    22A

    0.5%

     ±1% 

    ±0.5A/ ±5% 

    ±1% 

    ±1% 

    480-520 

    95.50%


     

     

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