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随着电力电子装置的不断广泛应用,电网谐波及无功“污染”现象日益严重,给工业生产和社会生活带来危害与不便。消除谐波并提高功率因数,已经成为电力电子学界和全社会关注的热门问题。世界各国政府纷纷制定了各种标准来限制负载装置产生的谐波电流,如国际电工委员会(IEC)的IEC61000-3-2-4-6,我国标准化委员会的GB17625.1-1998《低压电气及电子设备发出的谐波电流限值》等。同时,电力电子专家们也为此开展了大量的研究工作,主要思想是将PWM技术引入变流装置,使交流侧电流正弦化,并与电压同相位,实现单位功率因数。目前,单相高功率因数整流器的研究已经比较成熟,应用相对广泛,但其只限于中小功率范围,而且在功率密度、开关损耗、传输效率、系统成本、电磁污染和谐波畸变等方面仍不能满足人们对其越来越高的性能要求。 因此,寻求新型的拓扑主电路结构,并将先进的控制策略引入到PWM整流器中,是改善整流器质量、提高系统性能和实现单位功率因数的主要措施之一,是单相高功率因数整流器的一个重要发展方向。本文对高功率因数整流器进行设计和研究,主要进行了以下几个方面的工作。 1.详细分析了功率因数校正的概念,危害、意义和目的,并介绍了功率因数校正的几种主要策略方法。 2.分析了一种新型整流器的拓扑电路,建立了其理想开关、状态空间平均、小信号数学模型,推导了系统传递函数,并进行了系统仿真分析。 3.设计了一种单相高功率因数整流器。通过新型桥式半控拓扑主电路,采用PFC控制芯片L4981A,设计了一台小功率、低成本和高功率因数整流器。 4.对整流器的模糊控制,零相位误差跟踪控制进行了研究,通过MATLAB软件分析了其控制策略。仿真结果表明,模糊控制和零相位误差跟踪控制都能够很好地改善PWM控制性能。 实验结果表明,带功率因数校正的整流装置能有效的提高电源功率因数和转换效率;模糊自适应PID控制对于提高整流器输出电压的稳定性、鲁棒性和抗干扰性具有很好的效果;零相位误差跟踪控制通过控制输入电流以实现功率因数校正,且可提高系统的跟踪精度和响应速度。可以预见,单相高功率因数整流技术及其与各种先进控制算法的不断结合,必将具有十分广泛的应用前景。