有源功率因数校正技术在车辆照明中的应用

关键词：城市轨道交通; 车辆照明; 功率因数校正; 整流电路;
urban mass transit; vehicle lighting; power factor correction; rectifier circuit;

摘   要：上海轨道交通1号线DC01型列车受当时电力电子技术水平发展所限,其照明电路整流环节采用了以二极管为整流元件的桥式不控整流电路。由于该电路的固有缺点,其镇流器供电不可避免地带来功率因数低下和谐波干扰问题,导致供电不连续、电能浪费、低压控制电路受到谐波干扰。针对不控整流电路进行了分析研究,在不控整流器和电容之间接入直-直开关变换器,使原电路中增加了有源功率因数校正环节,并对控制电路进行了设计。通过此项设计提高原整流电路的功率因数,以实现高效率、高性能、具有谐波抑制能力的电子照明回路。实验结果表明功率因数可由原0.65左右提高到0.99左右,达到了预期的目的。
The DC 01 trains of Shanghai metro,constrained by the former technological level of power electronics,used a diode-based uncontrolled bridge rectifier as the AC/DC converter.Because of the intrinsic shortcoming of this direct output circuit design,the output voltage of the rectifier cannot be controlled and fit in with the requirements of the lighting loads.In addition,the direct uncontrolLED rectifier-based power supply inevitably bring about problems like the lower power factor(PF),the harmonics interfere...

　　上海轨道交通1 号线DC01 型列车照明回路采用220V 单相交流供电,经电子镇流器装置限流后供荧光灯使用。列车的照明电子整流电路受其生产年代的电力电子技术水平所限,其整流电路均采用了以二极管为整流元件的桥式不控整流电路。由于采用220 V 单相交流整流后直接给半桥逆变级供电,会产生很强的高次谐波干扰,降低交流电输入侧的功率因数,并降低电源供电效率。采用这种电路的高频交流电子镇流器大量使用时,会造成三相四线供电电网的地电位偏移,因而造成用电设备的损坏;由于半桥逆变级工作在高频开关逆变状态,所以产生的高次谐波会产生相应的电磁辐射干扰,影响其它用电设备的正常工作。

针对DC01 型车电子镇流器电路存在的以上缺陷,本文拟在原电子整流器基础上增加一级有源功率因数校正(APFC) 电路,用以进行交流电输入整流滤波的功率因数校正,并限制高次谐波成分,从而达到减小电磁辐射干扰,提高输入侧功率因数的目的。
此外,由于APFC 还有预稳压的作用,同时还可以调光(调节APFC 电路输出电压) ,这样将可克服由二极管不控整流电路带来的输出直流电压的平均值不能调节、控制的固有缺点。所以,在DC01 型列车车载照明电路中使用该项技术,可以实现无频闪、效率高、节能性好的照明光源,这是个非常值得尝试和研究的方案。

1 辅助逆变器的主电路结构

上海轨道交通1 号线电动列车为6 节编组,每3 节车辆(两动一拖) 组成一个单元。每节车辆配置1 台辅助逆变器,其中拖车上的辅助逆变器中包含DC 110 V 蓄电池充电器。辅助逆变器主电路原理如图1 所示》》