实例解读 两种三相无源PFC电路的仿真研究

三相无源PFC电路是一种应用范围比较广泛的电路设计结构，在很多电子电路系统中都得到了较好的应用。在今天的文章中，我们将会对两种常见的三相无源PFC电路进行仿真研究，这两种PFC电路分别是12脉波整流三相无源PFC电路和基于移相电感器的三相无源PFC整流电路，下面就让我们通过其仿真和数据对比，来看一下他们的数据参数和特点。

12脉波整流三相无源PFC电路

首先我们来看一下采用移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路，这种电路是目前应用范围非常广泛的PFC电路形式之一，其拓扑如下图图1所示。在图1所展示的电路系统中我们可以看到，L1～L3、C1～C3构成三相输入滤波器，移相变压器采用两组接法，YΔ联结和Y/Y联结。经过三相输入滤波器的输入电压通入移相变压器后，得到互差30°的六相对称点压，供给六相整流器，为后级电解电容器组供电，这样就可以获得一个正弦度很高的输入电流。

图1 基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路

基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路的Matlab仿真研究

在已经了解了这种基于移相变压器的12脉波整流三相无源PFC电路拓扑结构之后，下面我们就要利用仿真软件对这一PFC电路进行仿真模拟。我们依据图1所给出的电路系统，建立仿真模型，在这一模型的建设过程中，我们将相关参数设置为：三相交流输入电压为Ui=220V/50Hz，输入滤波电容参数C1=C2=C3=20μF，输入滤波电感参数L1=L2=L3=7mH，三相整流桥输出滤波电容C=1800μF，负载电阻R=50Ω。

下图中，图2所给出的是示波器显示的输入相电压Ui和相电流Ii的仿真波形，下图图3所展示的是这一三相无源PFC电路的输入电流谐波分析图。通过测量求得功率因数值为0.895总的谐波失真率THD=5.1%。该拓扑显示的输入电流正弦度比较好，可是位移因数小于1，所以整体功率因数不高。

图2 12脉波整流三相无源PFC电路输入电压电流波形

图3 12脉波整流三相无源PFC电路输入电流谐波分析

基于移相电感器的三相无源PFC整流电路

接下来我们再来看一下另一种常见的三相无源PFC整流电路，即基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路。这一三相无源PFC电路的拓扑结构如下图图4所示，该电路系统主要由以下几部分组成，Ua、Ub、Uc组成三相电源；C1、C2和C3均为小电容用于电源初级滤波；L1到L9为三相移相电抗器，主要用于功率因数校正；D1到D12构成12脉波整流器，用于对三相移相电抗器输出的三相交流电进行整流。在这一电路系统中，L10为电抗器，用于进一步提高功率因数，C4为输出滤波电容，R为负载。该电路的显著特点是在12脉波整流器前串联三相移相电抗器，从而实现功率因数校正功能。

图4 基于移相电感器的三相无源PFC整流电路

基于移相电感器的三相无源PFC整流电路的Matlab仿真研究

在了解了这一基于移相电感器的三相无源PFC整流电路结构后，下面我们将利用仿真软件对这一PFC电路进行仿真研究。在建立模型的过程中，我们所设置的相关参数如下：VS1、VS2和VS3为标准正序三相正弦电压源，相电压有效值220V，频率50Hz；L1、L2和L3为三相输入电抗器，取值15mH，为了便于收敛串联一个小电阻0.01Ω。C1、C2和C3为相间滤波电容，取值为25μF；L4为桥后平波电抗，取值为10μF；C4为电解电容，用做输出滤波，取值为1800μF；R电阻负载，取值为20Ω。系统进入稳态后，输入相电流波形如图5中所示。

图5 基于移相电感器的三相无源PFC整流电路输入电压电流波形

图6 基于移相电感器的三相无源PFC整流电路输入电流谐波分析

从图5所给出的可以看出，在这一基于移相电感器的三相无源PFC电路系统中，变换器输入电流很好的跟踪了输入相电压的波形，经过无源功率因数校正后的输入相电流具有很好正弦特性。上图图6所展示的是这一三相无源PFC电路输入电流的谐波分析图。其大小可由示波器读出为0.987。基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路仿真过程中测定的输入电流的总谐波畸变值还不到0.1，可见基于移相电抗器的三相无源PFC整流电路很大程度的减小了输入电流的总谐波畸变。