Simulink新型三电平功率因数校正器的分析与设计(3)
用与中等功率场合。但是和 BJT 相比，IGBT 工作频率更高且属于电压驱动型器件，
具有突出的优点而没有明显的缺点。因此，IGBT 迅速取代了 BJT 而成为中等功率范
围的主流器件，并使得开关电源的容量不断增大，在许多中等容量范围内迅速取代了
相控电源。
如前所述，开关频率的提高虽可以使电源体积减小、重量减轻，但却使得开关损耗增大，电源效率降低，电磁干扰问题变得尤为突出。为了解决这一问题，20 世纪
80 年代出现了采用准谐波技术的零电压开关电路和零电流开关电路，即软开关技术。
采用软开关技术，在理想情况下可使开关损耗降为零，提高效率，同时也使电磁干扰
大大减小。因此，开关频率可以得到进一步提高，开关电源可以进一步向体积小、重
量轻、效率高、功率密度大的方向发展。
1.2 谐波危害与整治
开关电源以其体积小、重量轻、效率高、性能好而在电源领域长期占据主导地位。
早期的开关电源常常采用二极管或晶闸管整流电路与交流电网连接，从而导致交流侧
产生大量的谐波电流和无功功率。
1.2.1 谐波的定义
在线性负载及理想情况下，交流电网中的电压和电流都应是正弦信号，即：
其中Um和Im分别是电压和电流的幅值， 是电压和电流信号间的相角差，ω1是交流电
网的角频率。
一般来说，电网中电压波形由发电机决定，而电流波形则由负载决定。当电路中
存在非线性或是时变的负载时，由于其从电网吸取非正弦电流而导致电流波形发生畸
变。例如图1-4即为三相感性整流负载的电流波形，这一波形显然与正弦波有着非常
大的差别。由于电网中存在线性阻抗，畸变电流势必在线路阻抗上产生非正弦的电压
降，从而使电网端电压也畸变为非正弦波。
图 1-4 三相感性整流负载的电流
虽然电流波形已畸变为非正弦波，但仍然是与电网电压同频率周期信号，有： 其中T1——电网电压的周期。
因此，可以将i t 分解成傅里叶级数为：
i t = Inm sin(ωn t + φn )
其中i1 t = I1m sin ω1 t+φ1 被称为基波分量，而其余部分则被称为谐波分量。
1.2.2 谐波的危害
传统的开关电源存在着一个致命的弱点，即谐波分量占基波分量的比例非常大。
其中三次谐波的幅度约为基波幅值的95%，五次谐波的幅度约为基波幅值的70%，七
次谐波的幅度约为基波幅值的45%，九次谐波的幅度约为基波幅值的25%[1]
。大量的
谐波电流对电网的危害主要有：
①谐波电流通过线性阻抗而产生的谐波压降引起电网电压畸变。
②谐波电流导致电网谐振致使数电线路或电气设备发热，破坏电网稳定性。
③三相四线电路产生同相位的三次谐波电流可能导致中线过热。
④谐波电流会引起电话网噪音、照明设备故障等其他影响。
针对高次谐波的危害，从 1992 年起国际上开始以立法的形式限制高次谐波。国
际电工委员会（International Electrotechnical Commission，简称IEC）于1998 年对谐
波标准 IEC5552 进行了修正，另外还制定了 IEC61000-3-2 标准，其 A 类标准对电网
谐波的要求见表1-2。[1]
表 1-2 IEC61000-3-2A类标准对电网谐波的要求
下一篇：发电厂电气主接线可靠性的研究