功率因数校正技术及其在变频空调系统中的应用

论文摘要

提高用电设备的功率因数,可以提高电网的容量和利用率、减少电能输电线路的损耗,是节能降耗的重要技术手段。家电设备容量虽小,但因其保有数量巨大,仅空调全国范围内就达3亿多台,消耗了生活用电量的20%以上。目前,变频和定频空调的功率因数只有0.7左右,存在巨大节能潜力,因此采用功率因数校正（PFC）技术提高变频空调的功率因数已成为空调行业节能的重要研究方向。目前,变频和定频空调都采用交-直-交方式的功率变换器,将单相220V交流电转换为驱动空调压缩机的三相交流电。论文研究利用Boost拓扑结构电路,构成满足变频空调压缩机运行要求的交-直变换器,以实现输入电流跟随输入电压及稳定直流母线电压的目的。在综述国内外常用的小功率PFC控制方法的基础上,重点说明了平均电流控制算法的电路特点和工作原理,采用电感电流和输出电压作为反馈信号,构成电流、电压双闭环控制回路,提高了输出电压稳定度,保证cosφ=1。通过仿真研究获得了使输入电流接近正弦波的开关管IGBT的脉宽调制系数。硬件实验平台采用深圳博巨兴实业有限公司提供的1.5匹变频空调压缩机驱动控制电路板,在没有输入电压和电感电流检测电路的条件下,利用STM32F103VBH6微控制器开发了基于直流母线电压反馈的半有源和全有源PFC控制系统。通过检测直-交逆变器输出电流大小确定负载所在区域,调节PFC开关管的PWM占空比,保持直流母线电压基本稳定,限制开关管的电流,实现变频空调压缩机驱动控制系统频率范围内运行。论文结合Matlab/Simulink和变频空调系统对所开发的功率因数校正控制系统进行了仿真和实验,结果表明该系统运行可靠,功率因数达到0.99以上,满足变频空调压缩机驱动控制系统的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 功率因数校正研究现状
• 1.2.1 无源功率因数校正技术
• 1.2.2 有源功率因数校正方法
• 1.3 功率因数校正的应用前景
• 1.4 数字PFC
• 1.5 论文研究内容
• 第二章 PFC工作原理及电路结构
• 2.1 功率因数的定义
• 2.2 功率因数校正电路工作原理
• 2.3 功率因数校正电路结构
• 2.4 本章小结
• 第三章 PFC的控制策略
• 3.1 带输入电压和输入电流检测的PFC控制
• 3.1.1 平均电流控制算法
• 3.1.2 占空比预测控制
• 3.2 无输入电流检测的PFC控制
• 3.2.1 不连续导通模式（DCM）
• 3.2.2 改进的CCM控制
• 3.3 无输入电压和输入电流检测的PFC控制
• 3.3.1 无源功率因数校正电路
• 3.3.2 半有源功率因数校正电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 变频空调PFC控制系统硬件设计
• 4.1 输入电压和过零检测电路
• 4.2 输入电流检测电路
• 4.3 输出电压检测电路
• 4.4 驱动电路
• 4.5 主芯片电路
• 4.6 电感和电容的计算和选择
• 4.7 本章小结
• 第五章 PFC控制系统软件实现
• 5.1 IAR软件开发环境
• 5.2 应用软件系统设计
• 5.2.1 控制系统主程序
• 5.2.2 中断服务程序
• 5.2.3 数字PI控制算法的实现
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 附录A 调控制系统
• 附录B 表的论文