Двухканальный безмостовой корректор коэффициента мощности

  • Юрий Ф. Вагапов
  • Александр И. Чивенков
  • Дмитрий A. Алешин
Ключевые слова: выпрямители, корректор коэффициента мощности, однотактный преобразователь, инвертирующий преобразователь, нейтраль питающей сети, коэффициент нелинейных искажений

Аннотация

В статье рассмотрено схемотехническое решение бестрансформаторного устройства выпрямления переменного напряжения с общей нейтралью сети питания переменного тока и нагрузки постоянного тока. Общая нейтраль обеспечивает повышение безопасности работы обслуживающего персонала. Предложен двухканальный безмостовой корректор коэффициента мощности, который способствует формированию потребляемого активного тока, имеющего форму близкую к синусоидальной, и обладает повышенной нагрузочной способностью. Повышенная нагрузочная способность обеспечивается применением двух инвертирующих преобразователей. Устройство сохраняет работоспособность при изменении режимов работы нагрузки от холостого хода до короткого замыкания. Параметры входных цепей формируются из условия резонанса напряжений на частоте работы силовых ключей. Резонанс напряжений позволяет на стадии проектирования установить максимальные мгновенные значения напряжений на элементах преобразователя. Резонанс напряжений исключает наличие коммутационных перенапряжений на элементах преобразователя. Приведены рекомендации по определению параметров элементов с учётом резонанса напряжений. Представлены временные диаграммы напряжений и токов, полученные в ходе исследований на имитационной модели. Статья представляет интерес для инженеров по силовой электронике, которые нацелены на разработку корректора коэффициента мощности выпрямительных устройств преобразователей.

Биографии авторов

Юрий Ф. Вагапов

PhD, лектор по электротехнике, факультет искусства, науки и техники, Университет Глиндoр, Рексхэм, Великобритания.

Александр И. Чивенков

доктор техн. наук, профессор кафедры "Теоретическая и общая электротехника", Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия.

Дмитрий A. Алешин

аспирант кафедры "Теоретическая и общая электротехника", Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, Нижний Новгород, Россия.

Литература

1. Pourmahdi M., et al. Buck–Boost Common Ground Bridgeless PFC (CGBPFC) Rectifies with Positive/Negative Output. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 2, pp. 1272–1282, DOI: 10.1109/TPEL.2021.3107364.
2. Кук С. Безмостовой преобразователь корректора коэффициента мощности с КПД до 98 % и КМ 0,999. Часть 3. – Электронные компоненты, 2011, № 2, c. 48–57.
3. Basu S., Undeland T.M. Inductor Design Considerations for optimizing performance & cost of Continuous Mode Boost PFC Converters. – IEEE Applied Power Electronics Conf., 2005. pp. 1133–1138.
4. Lin X., et al. A Novel Bridgeless Cuk PFC Converter with Further Reduced Conduction Losses and Simple Circuit Structure. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2021, vol. 68, No. 11, pp. 10699–10708, DOI: 10.1109/TIE.2020.3031527.
5. Choi W.Y., Kwon J.M., Kwon B.H. Bridgeless dual-boost rectifier with reduced diode reverse-recovery problems for power-factor correction. – IET Power Electron., 2008, vol. 1, No. 2, pp. 194–202.
6. Kim Y.S., Sung W.Y., Lee B.K. Comparative performance analysis of high density and efficiency PFC topologies. – IEEE Trans. Power Electron., 2014, vol. 29, No. 6, pp. 2666–2679.
7. Mahdavi M., Farzaneh-fard H. Bridgeless CUK power factor correction rectifier with reduced conduction losses. – IET Power Electron., 2012, vol. 5, iss. 9, pp. 1733–1740.
8. Yang J.W., Do H.L. Bridgeless SEPIC converter with a ripple-free input current. – IEEE Trans. Power Electron., 2013, vol. 28, No. 7, pp. 3388–3394.
9. Sabzali A.J., et al. New bridgeless DCM SEPIC and Cuk PFC rectifiers with low conduction and switching losses. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2011, vol. 47, No. 2, pp. 873–881.
10. Huber L., Jang Y., Jovanovic M.M. Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers. – IEEE Trans. Power Electron., 2008, vol. 23, No. 3, pp. 1381–1390.
11. Ismail E.H. Bridgeless SEPIC rectifier with unity power factor and reduced conduction losses. – IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, vol. 56, No. 4, pp. 1147–1157.
12. Mahdavi M., Farzanehfard H. Bridgeless SEPIC PFC rectifier with reduced components and conduction losses. – IEEE Trans. Ind. Electron., 2011, vol. 58, No. 9, pp. 4153–4160.
13. Singh B., Bist V. Improved power quality bridgeless cuk converter fed brushless DC motor drive for air conditioning system. – IET Power Electron., 2013, vol. 6, iss. 5, pp. 902–913.
14. Пат. RU143860U1. Сетевой выпрямитель с корректором коэффициента мощности / С.Б. Резников и др., 2014.
15. Пат. RU2541910C1. Однофазный безмостовой корректор коэффициента мощности / С.В. Дроздецкий и др., 2013.
16. Моин В.С. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986, 376 c.
17. Пат. RU189902U1. Безмостовой корректор коэффициента мощности / А.И. Чивенков, Н.Н. Вихорев, Д.А. Алешин, 2019.
18. Алешин Д.А., Вихорев Н.Н. Двухканальный безмостовой выпрямитель. – Интеллектуальная электротехника, № 4, 2019, c. 91–99.
19. Balogh L., Redl R. Power-factor correction with interleaved boost converters in continuousinductor-current mode. – IEEE Applied Power Electronics Conf., 1993, pp. 168–174.
20. Fardoun A.A., et al. New efficient bridgeless Cuk rectifiers for PFC applications. – IEEE Trans. Power Electron., 2012, vol. 27, No. 7, pp. 3292–3301.
21. Fardoun A.A., et al. A bridgeless resonant pseudo boost PFC rectifier. – IEEE Trans. Power Electron., 2014, vol. 29, No. 11, pp. 5949–5960.
22. Liu Y., Smedley K. A new passive soft-switching dual-boost topology for power factor correction. – in Proc. IEEE Power Electronics Specialists., 2003, vol. 2, pp. 669–676.
23. Mahdavi M., Farzanehfard H. Zero-voltage transition bridgeless single-ended primary inductance converter power factor correction rectifier. – IET Power Electron., vol. 7, iss. 4, 2014, pp. 895-902.
24. Salmon J.C. Circuit topologies for PWM boost rectifiers operated from 1-phase and 3-phase AC supplies and using either single or split DC rail voltage outputs. – in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf., 1995, vol.1, pp. 473–479.
25. Su B., Lu Z. An interleaved totem-pole boost bridgeless rectifier with reduced reverse-recovery problems for power factor correction. – IEEE Trans. Power Electron., 2010, vol. 25, No. 6, pp. 1406–1415.
#
1. Pourmahdi M., et al. Buck–Boost Common Ground Bridgeless PFC (CGBPFC) Rectifies with Positive/Negative Output. – IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, vol. 37, No. 2, pp. 1272–1282,DOI: 10.1109/TPEL.2021.3107364.
2. Kuk S. Bridge-Less Converter of the Power Factor Corrector with Efficiency up to 98 % and KM 0.999. Part 3. – Electronic components, 2011, No. 2, pp. 48–57.
3. Basu S., Undeland T.M. Inductor Design Considerations for optimizing performance & cost of Continuous Mode Boost PFC Converters. – IEEE Applied Power Electronics Conf., 2005. pp. 1133–1138.
4. Lin X., et al. A Novel Bridgeless Cuk PFC Converter with Further Reduced Conduction Losses and Simple Circuit Structure. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2021, vol. 68, No. 11, pp. 10699–10708, DOI: 10.1109/TIE.2020.3031527.
5. Choi W.Y., Kwon J.M., Kwon B.H. Bridgeless dual-boost rectifier with reduced diode reverse-recovery problems for power-factor correction. – IET Power Electron., 2008, vol. 1, No. 2, pp. 194–202.
6. Kim Y.S., Sung W.Y., Lee B.K. Comparative performance analysis of high density and efficiency PFC topologies. – IEEE Trans. Power Electron., 2014, vol. 29, No. 6, pp. 2666–2679.
7. Mahdavi M., Farzaneh-fard H. Bridgeless CUK power factor correction rectifier with reduced conduction losses. – IET Power Electron., 2012, vol. 5, iss. 9, pp. 1733–1740.
8. Yang J.W., Do H.L. Bridgeless SEPIC converter with a ripple-free input current. – IEEE Trans. Power Electron., 2013, vol. 28, No. 7, pp. 3388–3394.
9. Sabzali A.J., et al. New bridgeless DCM SEPIC and Cuk PFC rectifiers with low conduction and switching losses. – IEEE Trans. Ind. Appl., 2011, vol. 47, No. 2, pp. 873–881.
10. Huber L., Jang Y., Jovanovic M.M. Performance evaluation of bridgeless PFC boost rectifiers. – IEEE Trans. Power Electron., 2008, vol. 23, No. 3, pp. 1381–1390.
11. Ismail E.H. Bridgeless SEPIC rectifier with unity power factor and reduced conduction losses. – IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, vol. 56, No. 4, pp. 1147–1157.
12. Mahdavi M., Farzanehfard H. Bridgeless SEPIC PFC rectifier with reduced components and conduction losses. – IEEE Trans. Ind. Electron., 2011, vol. 58, No. 9, pp. 4153–4160.
13. Singh B., Bist V. Improved power quality bridgeless cuk converter fed brushless DC motor drive for air conditioning system. – IET Power Electron., 2013, vol. 6, iss. 5, pp. 902–913.
14. Pаt. RU143860U1. Network Rectifier with Power Factor Corrector / S.B. Reznikov, et al., 2014.
15. Pаt. RU2541910C1. Single-Phase Bridge-Less Power Factor Corrector / S.V. Drozdetsky, et al., 2013.
16. Моin V.S. Stabilized Transistor Converters. М.: Energoatomiz-dat, 1986, 376 p.
17. Pаt. RU189902U1. Bridge-Less Power Factor Corrector / A.I. Chivenkov, N.N. Vikhorev, D.A. Alyoshin, 2019.
18. Alyoshin D.A., Vikhorev N.N. Two-Channel Bridge Rectifier. – Smart Electrical Engineering, No. 4, 2019, pp. 91–99.
19. Balogh L., Redl R. Power-factor correction with interleaved boost converters in continuousinductor-current mode. – IEEE Applied Power Electronics Conf., 1993, pp. 168–174.
20. Fardoun A.A., et al. New efficient bridgeless Cuk rectifiers for PFC applications. – IEEE Trans. Power Electron., 2012, vol. 27, No. 7, pp. 3292–3301.
21. Fardoun A.A., et al. A bridgeless resonant pseudo boost PFC rectifier. – IEEE Trans. Power Electron., 2014, vol. 29, No. 11, pp. 5949–5960.
22. Liu Y., Smedley K. A new passive soft-switching dual-boost topology for power factor correction. – in Proc. IEEE Power Electronics Specialists., 2003, vol. 2, pp. 669–676.
23. Mahdavi M., Farzanehfard H. Zero-voltage transition bridgeless single-ended primary inductance converter power factor correction recti-fier. – IET Power Electron., vol. 7, iss. 4, 2014, pp. 895-902.
24. Salmon J.C. Circuit topologies for PWM boost rectifiers operated from 1-phase and 3-phase AC supplies and using either single or split DC rail voltage outputs. – in Proc. IEEE Applied Power Electronics Conf., 1995, vol.1, pp. 473–479.
25. Su B., Lu Z. An interleaved totem-pole boost bridgeless rectifier with reduced reverse-recovery problems for power factor correction. – IEEE Trans. Power Electron., 2010, vol. 25, No. 6, pp. 1406–1415.
Опубликован
2022-01-15
Раздел
Статьи