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随着重要部门、大型用电设备对电力电子设备的需求的日益增多,电网的谐波电流所带来的问题也越来越严重,谐波污染给发电设备,用电设备本身和周围的电磁环境带来了一系列的危害。有源功率因数校正(Active Power Factor Correction)因此应运而生,成为电力电子领域的研究热点之一。大部分有源功率因数校正电路采用电压和电流环组成的双环模拟控制,通过调节电感的输入电流使之与输入正弦电压同相使得功率因数接近于1。本文首先详细分析了经典功率因数校正电路的原理,并对功率因数校正电路进行建模,对功率因数电路产生的非线性现象进行了深入的分析;然后结合实际课题提出了一种基于DSP的UPS的并机系统的方案,制作了样机,验证了该方案;最后,基于所实现的实验样机提出了一种数字功率因数校正的方案,并对该方案进行了仿真验证。本文的工作主要包括以下几方面:
(1)对功率因数校正电路的产生背景、研究意义和分类概况以及功率因数校正电路(包括峰值电流控制型、平均电流控制型和电流滞环控制型)的工作原理进行了介绍;在此基础上,详细分析了基于UC3854的平均电流控制型功率因数校正电路的工作原理,对各模块包括电压环,电流环,输入电压滤波器的设计进行了深入研究,并对各模块进行了Simulink建模和组合,建立了其仿真模型。
(2)建立了峰值电流型功率因数校正电路的数学模型,求出其离散频闪映射,并运用雅可比矩阵对高频分岔现象(Fast Scale)进行了深入的分析。同时,分析了功率因数校正电路的低频分岔现象(Slow Scale),通过仿真,给出了不同的输出电容和不同的电压误差放大器反馈电容对应的不稳定边界。
(3)结合实际课题提出了一种实现UPS并联运行的方案,对并联运行的机理和关键技术做了详细的分析,并以DSP TMS320F2812为主控芯片实现了这个方案。最后,讨论了数字化PFC在UPS中应用的方案,在此基础上,对数字化功率因数校正控制系统的采样频率,采样时序和PI算法进行了分析,并对该方案进行了仿真验证。
本文建立的仿真模型及仿真结果对实际的电路参数设计具有重要的参考作用。