图1 无源滤波电路图
2 T DA 4817G 管脚排列与管脚功能图
图3 T DA 4817G 应用电路图
家用电器的谐波分析
与抑制
浣喜明 湘潭机电高等专科学校(411101)
本文分析了家电产品对电网谐波的影响,介绍了功率因数的有源和无源校正方法。
关键词:家用电器 电网谐波 PF C
家用电器中采用电力电子线路取代传统电路,使其性能得到了很大的改善,但是它也产生大量的高次谐波注入电网,使电压、电流波形畸变,功率因数下降(严重时可降至0.6左右),这导致供电线路和变压器过热,用电器的额定值降低,常常引发设备事故。
1 家用电器对电网谐波的影响
电网中存在非线性负载,这是产生高次谐波的主要原因。
各种家用电器中往往包含有可控或不可控的整流电路和大容量滤波电容等非线性元件,整流过程中二极管的导通角很小,它使输入交流电流不再呈正弦波,而是大幅度的尖脉冲,这种波形的电流,其基波分量很小,含有大量的高次谐波并注入电网。
电视机、影碟机、录相机、微型计算机等家用电器大都采用开关电源,它的变换频率高,电流波形为非正弦波,是家用电器中主要的谐波源。
随着家用空调器、电冰箱、电烤箱、微波炉等大功率电器的日益普及,电网三相低压不平衡的现象越来越严重,这也会使电网电流波形畸变,产生有害的谐波。
2 家用电器谐波的抑制措施
抑制谐波实质上是进行功率因数校正(Pow er F acto r Cor rection,简称
PF C )。
功率因数校正分为无源校正和有源校正。
2.1 家用电器功率因数的无源校正
在电路中加入LC 滤波器来消除电流谐波、提高功率因数的方法称为无源校正。
一种常用的无源滤波电路如图1所示,图中L 1、L 2、C 1、C 2和二极管D 5、D6、D7、C3、C4组成电源滤波器,这种电
路功率因数可达0.95,总电路谐波含量小于20%,它电路简单、成本低、适合各种家用电器的功率因数校正,但其谐波含量高、装置体积大是它的缺点。
2.2 家用电器功率因数的有源校正
为了克服无源校正的缺点,在传统整流电路中加入有源开关,通过控制开关的通断强迫输入电流跟随输入电压变化,从而获得接近于1的功率因数,这种方法称为有源校正。
西门子公司生产的T DA 4817G 是一种性能价格比很高的单片P FC 控制IC ,适合几十至几百伏安的小功率家用电器的功率因数校正。
它采用DIP 8封装,其
管脚排列与管脚功能如图2所示。
T DA 4817G 由误差放大器、电流比较器、零电流检测器、单象限乘法器、逻辑电路驱动器、内部电源等组成,是典型的变化频率断续工作电流型PF C 控制IC 。
图3是T D A 4817G 的典型应用电路。
理论和实际都证明,经T DA 4817G 校正后,输入交流电流与交流电压的波形均为平滑的正弦波,且相位同步。
该电路作为一种升压变换电路,输入电压220V ,输出电压380～450V ,功率容量40～300W ,电路总谐波畸变
T HD 小于8%,线路功率因数大于0.99,效率可达
・10・1 1998
家用电器科技
□综 述
图4 T O P 开关应用电路图
95%,适合作各种小功率家用电器的功率因数校正。
美国Po wer Integ ra tio ns 公司生产的三端离线式(T hr ee ter minal off -line)T O P 开关,特别适合对150W 以下小功率开关电源的功率因数校正。
T OP 系列产品采用T O -220或DIP 8封装,它只有漏极D 、源极S 和控制极C 三个管脚。
图4是T O P 开关在P FC 升压变换电路中的典型应用电器,该电路输入电压220V ,输出电压400V ,功率因数大于0.98,总谐波畸变
T HD 小于18%。
对于1kW 以上的大功率家用电器,可先检测出畸变电流,通过有源反馈网络馈送与输入端高次谐波相位刚好相反的高次谐波,以相互抵消,从而获得谐波校正。
美国A PT 公司生产的PF C 模块,将M O SFET 和升压二极管封装在一起,可以对3kW ～4.5kW 的大功率电器进行功率因数校正。
3 结束语
目前在世界范围内都非常重视家用电器的抗谐波研究,欧共同体从1996年1月1日起执行EM C 标准,凡不符合规定的产品严禁销售。
我国正在制定相应的电工产品谐波标准,这就要求家用电器生产厂广泛采用功率因数校正(PF C)技术,把产品对电网谐波的影响降低到最小程度。
这尽管会使产品的成本稍微增加,但在家用电器产品日益普及的今天,抑制谐波、维护电网,已成为大势所趋,势在必行。
(编辑 韩力)
家用电器的
电磁兼容性琐谈
●
丁辉
1 家用电器的电磁干扰问题日趋严重
追根溯源,电磁干扰起源于无线电广播和通讯,系由无线电干扰演变而来。
随着电子技术的进展和生产工艺的提高,千姿百态的家用电器层出不穷,其结构也越来越复杂。
许多家用电器产品即是电磁干扰的接受体,又是电磁干扰的发生体。
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高,拥有数台、甚至数十台家用电器的家庭,为数不少。
人们正置身于一个复杂而广阔的电磁环境之中,并常为随时随地可能出现的电磁干扰而烦恼。
家用电器产品产生电磁干扰的原因,大致可以归纳成下列几种:
电吹风、吸尘器、电动缝纽机和食品搅拌器等装用串激电机的家用电器,在电机运转过程中由于换向器接触时所产生的火花引起的电磁干扰;
电冰箱、空调器和冰柜等制冷类家用电器,因制冷系统启动时产生的电压波动引起的电磁干扰;
电熨斗、电饭锅和电烤箱等装用控制器开关的家用电器,在开关动作时
由于电路通断出现的火花引起的电磁干扰;
电子调光灯和电扇多功能控制器等装用晶闸管等电子元器件的家用电器,因电子元器件产生高次谐波引起的电磁干扰;
电脑全自动洗衣机、模糊控制类和带遥控器等装用微处理器的家用电器,由于静电放电、快速脉冲串、浪涌和电压跌落等引起的电磁干扰。
据国外资料报道,近年环境电磁干扰的电平,每三年翻一番。
因此,有的科学家大声疾呼:不重视对电磁干扰的研究和防护,人类将会受到惩罚,付出巨大的代价!
2 家用电器的电磁兼容性在国外备受重视
电磁兼容性(Electromagnetic Compatitility ,EM C )包括两方面的要求:其一是要求某一设备或系统在正常运行过程中,对周围环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;其二是要求这种设备或系统对其所处的环境中存在的电磁干扰,具有一定程度的耐抗扰能力。
本世纪40年代,一些工业发达的国家就开始研究电磁干扰问题。
如美国相继建造了各种EM C 试验基地和模拟试验室,进行了大量的试验工作。
美国无线电工程师学会(IRE )于1957年10月成立了射频干扰专业小组,1958年召开了首届射频干扰学术讨论会。
1964年美国电气与电子工程师协会(IEEE )将射频干扰小组改为电磁兼容专业小组,
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11・□综 述
家用电器科技
1998 1。