1、文章編號:1003-0794(200510-0015-04開關電源無源功率因數校正電路優化設計李昕,李良光(安徽理工大學,安徽淮南232001摘要:電磁兼容標準是強制性的,因此滿足特定的電磁兼容標準是功率因數校正技術研究的重要內容。無源功率因數校正技術具有簡單及成本低的優點,在小功率應用場合具有廣闊的前景。主要是針對開關電源功率因數校正的效果進行分析,并對單相無源功率因數校正(PFC 進行仿真,從仿真中得出接入電感的大小會影響功率因數校正效果。關鍵詞:諧波;功率因數校正;仿真;電磁兼容中圖號:TM714文獻標識碼:A!引言 我國從2002年5月1日開始,全面實施中國強制認證(“3C ”,即“C

2、CC ”認證,3C 認證要求:符合更嚴格的EMC (電磁兼容要求;增加了對諧波電流的限制,實際便是增加PFC (功率因數校正電路。計算機開關電源是一種二極管整流、電容濾波的非線性電路,其輸入功率低,并有較強的諧波電流。可以通過PFC 電路來提高功率因數,抑制諧波。因此功率因數的高低及諧波電流失真成為計算機電源中的一個非常重要的參數。"功率因數校正目前的功率因數校正(PFC 可以分為無源功率因數校正和有源功率因數校正2種。典型的無源功率因數校正電路如圖1所示。圖!典型的無源功率因數校正電路Fig.!Typical passive PFC circuit但是在實際應用中一般是將電感接在整

3、流橋的前面,如圖2,改進型的無源功率因數校正電路中的電感沒有直流分量,避免了電感鐵芯飽和。=采用無源功率因數校正的方法簡單、可靠,無需函數運行結果為:x 1=2.0001,x 2=3.7708,x 3=17.4676,x 4=19.0587,x 5=6.600,x 6=0.9901,f =343.5970。采用常規優化設計的目標函數值f =383.5698,模糊優化和常規優化比較,起升機構二級齒輪減速器中心距減少了10.44%,提高了設計精度。#結語由于模糊優化設計綜合考慮了影響機構傳動性能的各種模糊因素,因此更接近客觀實際,這點從模糊優化結果可以看出,采用模糊優化設計使起升機構減速器中心距減

4、少了10.44%,充分體現了模糊優化的優越性,效果明顯。參考文獻:1孫靖民.機械優化設計M .北京:機械工業出版社,2000.2謝慶生.機械工程模糊優化方法M .北京:機械工業出版社,2002.3席平原.基于Matlab 的機械優化設計問題分析J .煤礦機械,2003,(9:30-33.4席平原.應用matlab 實現機械優化設計J .機械設計與研究,2003,(3:23-25.作者簡介:張海濤(1965-,江蘇徐州人,講師,在讀研究生.E -mail :xipingy .收稿日期:2005-05-10Fuzzy Design Optiminization of Lift Mechanism

5、in Power HoistZHANG Hai -tao 1,XI Ping -yuan 2(1.Huaihai Institute of Technology Donggang College ,Lianyungang 222005,China ;2.Huaihai Institute of Technology ,Lianyungang 222005,China Abstract :This paper adopts fuzzy design optimization method for the sample of lift mechanism in tower hoist on the

6、 basisof fuzzy maths.The fuzzy constraints are set up ,including the property and boundary constraints.Being satisfied with the conditions of load -bearing capacity and distribution of transmission ratio ,the maths model in fuzzy design optimization is set up which is to minimize the central space o

7、f reducer in lift mechanism ,and the optimization method and result analysis are given in this paper.Key words :lift mechanism ;fuzzy design optimization ;maths model512005年第10期煤礦機械 進行控制,并且可以使輸入電流的總諧波含量與基波比降低到30%以下,輸入電流總諧波含量及3、5、7等奇次諧波都得到很大改善,功率因數也可以提高到一定程度上。由于在電路中使用串聯電感補償的方法,所以成本相對較低。圖!改進型的無源功率因數校正

8、電路Fig.!Modified papssive PFC circuit但無源PFC 的缺點是增加的無源元件,一般體積都很大也比較重,校正后的功率因數也不是很高,只能達到0.70.8,并且發熱量比較大,容易產生工頻振動和噪聲。有源功率因數校正主要是采用全控開關器件構成的開關電路,以控制輸入電流的波形跟隨電壓波形,使得電流與電壓同相。采用這種電路的開關電源可以使總諧波含量降低到5%以下,功率因數高達0.99以上,并且可以將開關電源的輸入電壓范圍擴增為90264VDC 的全域電壓,此外還有穩定性佳、振動和噪聲低等優點。采用有源功率因數校正技術可以非常有效地降低諧波含量、提高功率因數,從而滿足現行最

9、嚴格的諧波標準。但其電路和控制也較復雜,因而成本較高,且開關器件的高速開關造成電路開關損耗較大,效率會略低于無源功率因數校正電路。"無源功率因數校正工作原理假設電源電壓為正弦波,其表達式為e s =2E s sin t ;若非線性負載從交流電源汲取的電流為周期性非正弦波形,可將其表示為i L =n =02I n sin (n t +n =2I 1cos 1sin t +2I 1sin 1cos t +I 0+n =22I n sin (n t +n (1式(1中,等號右邊的第1項為基波有功電流分量,記作i p ;第2項為基波無功電流分量i r ;第3項是直流分量:第4項是負載電流i

10、L 的高次諧波分量之和,記作i h 。計算一個周期的平均功率,則得有功功率P =1T T 0e s i L d t =1T Te sip+i i +I 0+i h d t (2積分后得P =E s I 1cos 1而視在功率S =E s I L則功率因數=P /S =I 1/I L cos 1=PF(3#無源功率因數校正電路的仿真基于無源PFC 的基本原理,采用了圖3電路進行仿真。圖"無源PFC 仿真電路圖Fig."Passive PFC simulation circuit單相功率因數校正電路的輸入電壓和電流都是正弦波,輸入電壓E s =220V ,C 1=330

11、1;F 。在PFC 電路中的電感L 是電路拓撲結構的“核心”,合適地選取電感值的大小,有利于系統功率因數的校正。本文采用SIMCAD 仿真,在負載功率不同的情況下通過改變系統結構中電感的參數大小,觀察系統輸出電流的波形,以及各諧波比例。圖4為P =200W ,單相無源功率因數校正裝置在補償電感L 分別為0、0.01H 、0.1H 時,根據圖3所示電路圖作的系統波形仿真圖。圖4(a 、(c 、(e 分別是補償電感為0、0.01H 、0.1H 時,電路的輸出電壓和輸入電流波形圖,圖4(b 、(d 、(f 分別是補償電感為0、0.01H 、0.1H 時,電路的電流FFT 變換頻譜圖#無源功率因數校正

12、仿真波形Fig.#Passive PFC simulation wave圖,由它可看出功率因數校正電路可以有效地降低奇次諧波分量。無源功率因數校正電路在功率一定的條件下, L取值不同會對電路的功率因數有不同程度的提高。由圖4可以看出L的值越大,高次諧波分量越小,此時的電流波形更近似于正弦波,但與電壓相位差越大。表1為補償電感及功率不同情況下的仿真結果(括號中的值代表在不同功率下所對應的負載阻值。表!補償電感及功率不同情況下的功率因數Tab.!The PF in different compensating inductance and power功率因數負載阻值/電感L/H P=100W P=

13、150W P=200W P=250W P=300W P=350W由表1可以得知,功率一定,L不同時,校正后的功率因數也不同。L取值越大,電流與電壓相位差會越大,使得功率因數降低,并且將不能滿足負載所需的功率;L取值越小,奇次諧波越大,也會降低功率因數;L取值一定時,隨著功率的增大,功率因數有可能會降低,并且功率越大,輸入電流越大,易使電感鐵芯飽和,同時會使電源的輸入功率降低。只有當L取值合適時,校正效果才能達到最佳。根據表1數據可做出PF與L關系曲線圖(見圖5。圖"PF與L關系曲線圖Fig."The graph relalion in PF and L從表1及圖5可看出功率

14、因數校正技術應用在小功率的開關電源電路時,校正的效果較好。在實際應用中,很多電源工作時都達不到額定功率,一般都工作在輕載狀態。無源功率因數校正電路處于輕載和滿載時,校正的效果是不同的,當處于輕載時,校正后的功率因數略低于滿載工作狀態。目前無源功率因數校正技術廣泛地應用在300W左右的計算機電源中。根據表1數據、PF與L關系曲線圖及輸入電壓與電流相位的關系可得出選取合適的電感值(如功率為300W的電源,可以選取L=0.06H,無源功率因數校正的效果最佳,并且能滿足高次諧波標準。通常在做功率因數校正原理分析時,一般采用的是圖1所示的典型無源PFC電路,它的電感接在暖流橋的后面,而實際應用時往往采用

15、的是圖2所示改進型PFC電路,它的電感接在整流橋的前面,這樣接法可以有效地去除直流分量。圖6、圖7為L= 0.06H,P=200W時,分別采用圖1、圖2所示的2種電路結構仿真得出的輸入電流的頻譜圖。圖#改進型無源PFC仿真的輸入電流頻譜圖Fig.#Spectrogram of modified PPFC Simulation圖$典型無源PFC仿真的輸入電流頻譜圖Fig.$Spectrogram of typical PFC simulation 從圖中可以看到采用典型無源PFC電路結構時有較大的直流分量,會使電源的功率下降;諧波主 文章編號:1003-0794(200510-0018-03NG

16、W 型直齒行星傳動的設計方法研究*楊實如,段欽華(成都大學,成都610106摘要:行星齒輪傳動設計是一件復雜費時的工作,以NGW 型直齒行星傳動設計為例,提出一種可行設計方案枚舉法,并給出了計算機程序的編制方法。應用這種設計方法可以得到全部可行設計方案,通過對比,容易從中選出較好的方案。關鍵詞:行星傳動;枚舉法;可行設計方案;強度計算;設計方法中圖號:TH132.425文獻標識碼:A!前言 NGW 型行星齒輪傳動(見圖1應用廣泛,但設計計算較復雜,與其他方法不同,本文提出一種新的應用計算機計算的可行方案枚舉法,其主要思路是:(1以z a 、z b 和行星輪個數n p 為變量,在滿足給定傳動比及

17、配齒條件下,得到盡量多的配齒方案;(2針對每個配齒方案,用標準模數系列中的模數為變量,初算中心距,并將尾數圓整為0或5,從而確定變位系數,然后由強度條件算出齒寬系數,并按齒寬系數要求對方案再進行篩選,最后將可行方案的參數和體積打印出來。這種方法的優點在于:不會漏掉最優方案;設計者可以從體積、模數、重合度或中心距進行選擇,也可以綜合這幾方面目標進行選擇;不需考慮*四川省教育廳自然科學基金資助項目(2004A200尋優方法,故編程容易。圖!NGW 型行星傳動Fig "!The NGW type planetary transmissiona.太陽輪b.齒圈g.行星輪H.行星架#配齒方案的

18、確定及編程方法與步驟輸入所需傳動比i aH 及其允差后,編程如下:(1計算齒圈齒數z b 并驗算傳動比條件令太陽輪齒數z a =1535,則z b '=(i aH -1z a z b '一般不是整數,應取整,同時,為了得到更多的配齒方案,可令z b =INT (z b '-1INT (z e '+1=,要來自偶次諧波,也會造成較大的無功分量。因此實際電路中的補償電感接在整流橋的前面。$結語通過仿真分析無源PFC 電路可得出以下結論:功率因數校正技術的應用可以使輸入電流諧波成份得到較好的抑制,并且可以使輸入電流與電壓的相位差減小,因此,整個電路的功率因數得到提高。

19、電感元件作為輸入輸出能量傳遞的重要環節,有著舉足輕重的地位。電感取值的不同將直接影響到功率因數校正的效果。無源PFC 電路簡單,成本低,可消除隨機產生的各種干擾噪聲信號,并能限制浪涌電流,使得最終輸出較滿意的有功分量,因而被廣泛地應用在小功率場合。參考文獻:1楊旭,裴云慶,王兆安.開關電源技術M .北京:機械工業出版社,2004.2林維明,何塞安,林慧聰.新型單相無源功率因數校正整流器的電路拓撲、工作原理和設計分析J .電工技術學報,2004,(1:80-84.3張炳華.“綠色”高頻開關電源的控制方法J .通信電源技術,2002,(3:5-9.4宋爭,鐘洪聲.PFC 電路的計算機仿真模擬A .第十三屆全國電源技術年會論文集C .作者簡介:李昕(1981-,女,碩士,安徽淮南人,安徽理工大學Switth -power Passive Power Factor Corrected Circuit Optimal DesignLI Xin ,LI Liang -guang(Anhui University of Science and Technology ,Huainan 232001,China Abstr