三相PFC在电机控制系统中的研究及应用

三相 PFC在电机控制系统中的研究及应用

秦浩

贵州航天林泉电机有限公司，贵州贵阳 550003

摘要：航空部分机载设备采用115V三相交流供电，在电机控制系统中通常将115V交流输入电压整流成270V直流电压后，再进行驱动控制。传统的二极管整流方案功率因素低、效率低且电流畸变严重，针对该问题，本文提出一种基于三相PFC的整流方案，并成功应用到某电机控制系统中。

关键词：PFC；整流；电机控制

1．引言

115V交流电源是机载设备较为常见的供电方式，该电供电源电压可直接从飞机发电机系统引出，省去了直流电源的安装空间和重量，但对于实际应用时就需要增加整流过程来获取270V直流电源电压。

传统整流的方案有很多种，例如二极管整流方案、多脉冲整流等，二极管整流方案在满足电压和电流降额的前提下，选择合适的整流桥，其优点是安装方便，有利于集中散热，且内部的二极管一致性较好。该整流方式结构简单、体积小、重量轻，但效率不高、且输入电流谐波失真高。多脉冲的整流方式具有效率高、过载能力强、输入电流谐波失真低等特点，但实现上复杂，且占用的体积和重量大。因此需要对整流过程进行改进，提升功率因素及降低电流谐波分量。

2．系统方案设计

机上115V输入电源在输入到电机驱动器后，经过整流为270V直流电源电压，为后级电路供电。后级电路为标准的直流无刷电机控制电路，包含DSP控制电路、驱动电路、信号采集电路等。

图1 系统架构原理框图

3．PFC整流方案设计

PFC即功率因素校正，其原理是通过对三相电流的调制使其尽量跟踪电压的相位，从而实现高功率因素。PFC电路由三相交流输入端口A/B/C、EMI滤波电路EMI Filter、降压型PFC转换电路Buck Rectifier、升压型半稳压电路Boost Converter、直流中压输出端口+Midbus、直流升压输出端口+Vout、直流返回端口-Vout、隔离控制端口Control Iso以及数字控制和驱动电路Control And Drive、辅助电源电路Aux Power等组成。

三相变频交电源通过A/B/C输入端口经EMI滤波电路EMI Filter为降压型PFC转换电路Buck Rectifier提供电能，PFC控制转换后在直流中压输出端口+Midbus产生一个预稳压直流中压输出，同时，升压型半稳压电路Boost Converter将直流中压再次升压转换为具有下降特性的+270V，经直流升压至输出端口+Vout输出。

图2 PFC方案原理

4．试验验证结果

该三相PFC的方案在某电机驱动器开展试验验证，并与二极管整流方案进行对比测试。电机采用直流无刷电机，额定输出功率500W。测试的结果见表1所示，从测试结果看，PFC方案要优于二极管整流方案。

表1 试验验证结果

5．结论

本文采用PFC整流方案，成功应用到电机驱动系统中，并进行了工程化实现。从试验的结果看，该方案具有功率因素高，电流畸变系数小的优点，具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 沈凯.桥式整流电容滤波电路中二极管性能的分析与仿真[J].2010,9(4):22-24

[2] 刘湛，孙莉.多脉冲整流技术在民用飞机中的应用[J].科技视界,2016(20):96

2