您的当前位置:首页正文

满足新版IEC1000—3—2标准规定(2000版)的单相LC滤波整流器的设计

来源:九壹网
维普资讯 http://www.cqvip.com

第21卷第2期 电工电能新技术 Vo1.21.No.2 2002年4月 Advanced Technology of Eiectrlcai En neenn ̄and Apr 2002 满足新版IEC1000.3.2标准规定(2000版)的 单相LC滤波整流器的设计 林维明 ,Javier Sebasti6n ,A Femandez (1.福州走学电气工程系,福建福州350002;2.西班牙奥维耶多走学电力电子中心) 摘要:本文对用于满足新版IEC1000—3—2(第:版)电流谐波限制标准规定的单相全桥Lc滤波整流 器进行丁分析和设计。结果表明,如果设计适当的滤波电感值,本文所迷的无源功率因数校正方法 可以满足标准所要求的规定 本文分析丁新版IEC1000.3.2标准中划分为A类和D娄电力电子产 品满足标准规定的奈件情况。计算机仿真和实验验证理论分析和计算结果。 关键词:电磁兼容;IEC1000—3—2(第:版)标准;功率因数校正 中圉分类号:TM46;TN35 文献标识码:A 文章编号:1003—3076(2002)024)001—04 1概述 标准与D类电磁兼容标准规定有很大的差别。本 文将根据新版标准要求进行设计考虑。 电磁兼容标准,尤其是IEC1000.3—2,将是强制 本文将通过建立无量纲归化电路,计算不同归 性的,当开关电源功率大于75瓦时必须满足它的标 化电感条件的电路特性,从而计算出满足新标准的 准规定。为了实现这个目的,许多研究人员积极探 最小滤波电感值。根据这个方法,将给出满足A类 索高性能价格比的功率因数校正方法。无源功率因 或D类电磁兼容标准的电感参数与功率等级关系 数校正方法由于具有低成本,简单,可靠和无EMI 的设计曲线。本文通过计算机仿真和实验样机测试 问题等优点,近年来出现许多无源功率因数校正电 来验证分析设计结果。 路 。这些文章给出了基于单相全桥M滤波整 2 LC滤波整流器电路的归化 流器的分析。只有文[3]和文[4]讨论了如何满足 IEC1000—3.2输人电流谐波标准规定。 图l所示为基本单相LC滤波整流器电路,在进 电磁兼容旧版IEC1000.3—2标准…和新版 行整流器电路分析和建立电路参数设计关系之前, IEC1000.3.2标准 存在重要的不同之处。很重要 首先将整流器电路对于四个参考量进行无量纲归 的是在新版IEC1000 3—2标准中,是否划分为D类标 化 四个归化参考量如表1所示。 准范围并不根据特定的输入电流波形模式。新版标 寰1归化参考量 准中,所需满足电磁兼容标准规定的类别仅根据电 T丑h l Nmmaalization References 力电子设备分类而划分。因此,文[4]提出的方法已 经不再适用。文[3]的设计和分析是根据旧版的标 功率参考量P。 最大输八功率 准,而根据旧版设计所给出满足电流谐波D类标准 电流参考量1 由交流源吸八电流有效值, = V的电感参数需要具有D类输入电流波形模式,并且 s 时问参考量 正弦波标准周期 文[3]仅考虑满足划分为D类电流谐波限制的Lc 滤波整流器的设计。而根据旧版标准划分属于D 因此,归化的整流器滤波电路电感定义为 类的电力电子设备将根据新版标准划分应属于A 类,而与其输人电流波形无关。由于A类电磁兼容 丧 收稿日期:2001.10—10 基金项目:西班牙国际合作署博士后基金资助项目;福建省科技三项基金资助项目(K20007) 作者筒介:林维明(1964.),男,福建籍,副教授.博士,主攻高功率因数开关电源和开关变换器非线性控制策略。 维普资讯 http://www.cqvip.com

2 电工电能新技术 第2l卷 — r_} l 0 取决于所要满足电磁兼容标准类别。本文选择A 类和D类标准。 在新版IEC1000-3-2规定中,是否划分为A类或 . I …. l。 出・ l 0 l‘ f l I . D类标准限制范围,只取决于产品设备的分类,而与 电流波形无关,新的规定不存在D类电流波形模 式。只有输入功率在600瓦(包含6O0瓦)以下,属 于下列类型之一: I I l’ 图1基本M滤渡整流器开关电源电路 Fig I Full-brldge rectiierf with LC filter power supply circuit (1)个人计算机和个人计算机显示器; (2)电视接收器的电力电子产品,其输人电流谐 变量下标为“ ”代表归化后的变量。 波分量应满足由表2推导出D类各次谐波限制规 定 3满足mC1咖.3.2规定的电路设计 衰2 D类电流谐波限{}I规定’ 3.1 IEC1000-3.2第二版有关分类和电流谐波限制 Tab 2 ClaB D Hannorde Current Linf.1a 的规定 电流谐渡相对谐波限制Hk . 最大允许电流谐波 n 根据文献[2],新版IEC1000.3—2标准在旧版标 (mMW)(均方根值) (A)(均方根值) 准[1]的基础上傲了重要的变化。在新版IEC.3.2标 3 3.4 2 30 准规定中,电力电子设备分为A,B,c,D和E五 5 1.9 l 14 类,其划分分类框图如图2所示。Lc滤波器的设计 7 1.0 0 77 9 O.5 0.40 1l 0.35 0.33 l3 0 296 0.21 I5≤n≤39 3 85,n 2.25/n *D类限制规定应用于输^功率从75瓦到6OO瓦的电力电 子产品 在第二版IEC1000.3.2规定中,有关A类限制规 定,删除了“绝对值”一词,属于A类的电力电子产 品,其输入电流的谐波分量应满足由表3推导出A 类各次谐波限制的规定。 收器 衰3 A类电流谐波限科规定 Tab.3 Class—A Harmonic Currem Limits 电流谐波 最大允许电流谐波m Odd harmonics (安)(均方根值) 3 2 3 5 l 14 7 0.77 9 0.40 1l 0.33 13 0 21 15<11<39 0.15*15in 图2新版IEC1000-3—2标准设备分类框图 3 2 IEC1000.-3.2电流谐波限制规定的归化 Fig.2 Equipment classiifcation flowchart of ne 表2和表3给出了A类和D类电磁兼容标准规 version IEC10( ̄一3—2 regulations 定。离线开关电源输入电流谐波分量应满足A类 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 林维明,等:满足新版IECIO00—3.2标 ̄(2ooo版)的单相LC滤波整流器的设计 3 或者D类电流谐波限制的要求。为了便于Lc滤波 整流器输人电流谐波分量与IEC1000.3.2各类谐波 便地得出,满足IEC1000—3.2 A类电流谐波限制规定 J|冀;萏i EjEir毒 的100瓦条件下归化电感下限值是L :0.0001。 限制规定的直接比较,本文将表2和表3所列的A 通过计算75瓦到6O0瓦功率水平的归化LC滤波整 类和D类各次谐波限制规定相对于表1的电流参 流器电路仿真特性和归化IEC1000-3.2D类电流谐 考量进行归化。 波限制规定的比较,便可得到满足新版A类标准电 对于D类谐波限制规定,从表2可以方便地推 流谐波规定的最小滤波电感值与功率水平的函数关 导出下式: 系,如图4所示。 , :...)= 竺 ( :l__.19)(2) r , 是归化奇次谐波限制规定 ,、E(21.1】 册 _】I 。 (3) 对于A类谐波限制规定 从表3可以得到下式: , : ):些 (4) IHL㈦ .哪^是表3中(2i+1)次电流谐波,式(4)可 t'o,mPr/ 改写为 图4满足A类标准最小滤波电感值与功率水平的关系 , .+.I= (5) ris.4 Minimum valne of the choke indnefane ̄L,requited Io }|~l 'p量§甚Iur毫 meet the IEC 1000—3-2 in Class A funetion 3.3仿真结果分析 fo powerlevel 通过归化Lc滤波整流器电路仿真特性和归化 IEC1000—3.2D类电流谐波限制规定的比较,可以非 4滤波电感的计算 常方便地得出,满足IECIO00—3.2D类电流谐波限制 规定的归化电感下限值是, =0.0036,由三次电 为了对滤波电感的铁芯尺寸,线圈尺寸,线圈匝 流谐波分量所决定。这样,根据式(1)可以方便地计 数和气隙长度等参数进行优选,本文应用MATH 算出满足新版电流谐波规定的最小滤波电感值与功 CAD软件设计滤波电感计算程序。电感铁芯设计 率水平的函数关系,如图3所示 选择磁化曲线线性区域,选用EI型硅钢叠片,计算 结果如表4和表5所示。 表4满足D粪标准电感 Tab 4 Inductor Complying with Class D 额定功率 铁芯 线规 气隙 (W) L(mH) 尺寸 *匝数 型号 (密耳)’ 75 55 RC14 325 25 18.7 l00 41 Hf14 244. 23 14.0 150 28 RC14 l62 22 9.36 200 21 RCl6 122 20 9.2 图3满足D类标准最小滤波电感与功率水平的关系 250 17 RCl6 98 l9 7.36 .3 Minimum value of the choke inductance Lf required tO ∞0 14 RCl8 134 18 20 8 meettheIECl000—3—2in CJa D a actionof 350 12 RCl8 114 17 l7.8 hte powerlevel 4O0 l0 RCl8 l00 17 15.6 450 9 2 RCl8 89 l6 13.9 对于A类标准,其归化参数是随功率水平而变 500 8 3 RC20 86 l6 l7.6 化的,这点与D类标准不同。因此需要计算每一个 550 7 5 Rc20 78 l5 l6,0 功率水平归化Lc滤波整流器电路仿真特性和归化 6OO 6.9 RC20 71 l5 14 6 IEC1000—3—2D类电流谐波限制规定的比较。可以方 注:1密耳=0.001英寸 维普资讯 http://www.cqvip.com

4 襄5满足A类标准电感 电工电能新技术 第21卷 Tab.5 Inductor to Complying with Class A 额定功率 (L(『nH) W) 75 l60 l5O 200 250 如0 350 400 铁芯 尺寸 RC14 RC14 RC14 RC14 RC14 RC14 RC14 RCl8 #匝数 53 75 97 ll8 125 129 135 140 线规 型号 25 23 22 加 20 l8 18 17 气隙 (密耳) 53.8 53 8 53 8 53 8 53 8 53 8 53 8 53 8 0.5 1 0 1 7 2.5 2.8 3 0 3 3 4.5 图5(b)D类电路电流谐波分量与标准比较 rig.5(b) Experimental harmonics。0mpⅡred with Class—D limits at P =IOOW and£ …I I)=42mH 45o 500 55O 5.9 6.8 7.6 RCl8 RC加 RC加 14l 15l 144 16 16 15 53 8 53 8 53 8 600 8.9 RC加 156 15 53 8 t ^ 5实验结果 为了验证上述理论分析和计算结果,本文建立 了两个实验电路(分别为A类和D类)。实验电路 /’ } -。。r t 【 l 主要元件参数设计如下 £Hn ^I 1.7mH L ∞:42mH, l 图6(a)A类电路输入电流波形 Fig.6(a)Me ̄surd llne cul' ̄llt wavefonn,when L c ^l) 1.7mH(compliance in Class A)Scales:1Mdiv Cn=IO0 ̄F, 凸.. R =IK0o 为D类电路滤波电感;k 一为A类电路滤 波电感; 输入电压,频率和输出功率分别为230伏,50 赫和100瓦。图5(a)和图5(b)分别为满足新版D 类电流谐波规定的输入电流波形和输入电流谐波分 量。图6(a)和图6(b)分别为满足新版A类电流 谐波规定的输入电流波形和输入电流谐波分量。 l { j .. l 、 l U.5A,DIV } ll●● ’ ‘‘l厂 \ / \/ 图6(b)A类电路电流谐波分量与标准比较 F 6(b)Experimental harmon ̄s compared with Class-A limits at P=。100W and L r(…1=1 7mH 因数校正方法满足新版IECIO00—3—2电流谐波限制 图5(a)D类电路输入电流波形 Fig.5(a)Me.tared line current wavdorm.when A类和D类标准规定。计算机仿真和实验结果表 d )=42mH(compliance in Class D) 明,合理设计单相全桥LC滤波整流器可以使得开 关电源等电力电子产品满足新版IEC1000—3—2中有 关A类和D类电流谐波限制的规定,简单可靠,价 廉,没有EMI。特别对于A类电力电子产品,本文表 c下转第41页,cont.on p.41) 6结论 本文分析应用单相LC滤波整流器的无源功率 维普资讯 http://www.cqvip.com

第2期 赵龙章,等:电力设备中液位高精度变送技术的研究 4l 1 2 3 4 5 Abstract:A method of depositing thin film TiN 0Ⅱsurface of elastic cells by mlcn3wave ECR magnetron sputtering was put forward.It can be used in liquid—level sensor of electric power equipment.The thin film TiN on surface of elastic cells has outstanding mechanical properties.Performance was veriifed by duality linear interpolation on ̄nsor¥.Quick response and high precision of liquid level measurement can be realized. Key words:electric power equipment;ECR plasma;liquid-level sensor;intelligent compensation (上接第4页,cont.firm P.4) Richard Redl,Laszlo Balgnh Power-foc ̄r correction in 明可以用很小的滤波电感(比如对100瓦功率1.7 dge and voltage-doubler rectiifer circuits with inductors and 毫亨)便可确足新版IEC1000.3—2电流谐波限制的规 capacitors[A]APEC 95[C 1995 466—472 定。这种方法对于低价的电力电子产品具有相当的 [7] Thomas S Key,Jih-Sheng Lai Compalison of standards and 经济性和很强的吸引力。 opwer supply design options for liimting harmonic distortion in 致谢:作者感谢国际阿尔卡特电讯公司、福州大 opwer systems[J]IEEE Trans on Industry Applicaifons. 学电气工程系张培铭教授对本课题的支持和帮助。 1993,29(4):688-695 [8]M Sanz,ALiombart,SOrtiz,et a1.Meristandlimitations of 参考文献:  ̄bridge rectifier with LC filer in meeting IEC 1000-3—4 harmonic—limit sepciifcations[A].PESC 2000[c].2O0O. IEC1000—3-2 ̄umenl,1995 Electromagnetic compatibility 1133-1136. (EMC)一part 3:Limits-seclion 2:12mils for harmonic cu ̄ent 9]F C Sehwarz.A time-domain analysis of the power factor for a emisiatms(equipment input current<I6A per phase):S] rectliter syslem th ove ̄qd subcritieal inductance[J J. Draft of the proposed CLC common modification to IEC IEEE Trans.1nd.Electron Control InshltmenlalJon,1973, 61O00—3-2 Ed.2.0:2000[ZJ. 20 166—68 Milan M Jovarrovie,David E Crow.Merits and Iimitations of [10 J R Rodl,L Balgnh Power-factor corteclion in bridge and ful!-bridge rectiifer with LC filter in meeting IEC 10G0・3—2 voltage-double rectiifer circuits with inductor and ealm:eiotr harmouie-Ximit speciifcations[J]IEEE Trans 0n Industry [A +IEEE APEC[C 1995 415—422, Applications,1997,33(2):551・557 [11]M J Nave Power line iflter d for switched一]node power Richard ROd1.An economical single-phase power—far[or-cot— supplies[M]New York:Van Nostrand ReinhoM,1991. reeted rectifier:Topolo ̄',operation,extensions,and design [12]张占松,蔡宣三开关电源的原理和设计[M]北京: ofr compliance[A].APEC 98[C].1998.454—46O 电子工业出版社,1999. A W Kelley,W F Yadusky Rectiifer deign for minimum [13 蔡宣三,龚绍文高频功率电子学[M 北京:科学出 Iine current harmonies and maximum power faclor[A 版社 1993 APEC 89[C]1989 13.22. Design of single・phase rectifier with LC filter complying with new edition of IEC1000-3・2 speciifcations LIN Wei.ruing .Javier Sebasti(m ,A Fernandez: (1.Department of Electircal Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China; 2.Area of Power Electornics,University of Oviedo,Gijon 33204,Spain) Abstract:This paper deals wiht the analysis and design of a basic single-phase rectifier with LC filter in compliance wiht hte new 1ECIO00.3.2 regulations(Edition2.0)The results obtained show that the passive approach described here can comply with the required specifications if a proper inductor value of the filter is selected.Compliance with the new edition 0f the IEC 1000.3 2 regulations has been studied for those pieces of eqaiph ̄ent which oan be classified as either Class D or Class A.The results obtained have been verified by computer simulation and experimental results Key words:elcetromagnetic compatibility;IEC1000-3-2 speciifcations(Edition2.0);power。fcator-ocrrection 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Top