主動式PFC對空調制熱性能提升的實驗研究

林竹

摘 要：采用主動式PFC方法，在保證電流諧波抑制效果的前提下，解決了空調壓縮機最高轉速限制難題。與被動式PFC方法相比，在-15 ℃～2 ℃室外溫度范圍內，主動式PFC方法的低溫制熱量提升12.2%～39.9%，變頻空調器的制熱性能得到顯著提升。

關鍵詞：主動式PFC 電流諧波 母線電壓 低溫制熱

中圖分類號：TK172 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（c）-0065-02

目前市場上銷售的直流變頻空調器，其電能變換器和開關電源的輸入電路普遍采用二極管全橋整流方式，會使從電網中輸入的電流波形發生畸變，導致電壓和電流相位不一致，造成諧波污染，功率因數下降，且產生強大的EMI會對電網產生很大的干擾和危害[1]。因此，為了將變頻空調器的電流諧波控制在標準范圍內，需要采用功率因數校正技術來降低電流諧波值，減少對電網的污染，提高電網的質量[2]。

變頻空調器中常用的功率因數（Power Factor Correction）校正方法有：主動式PFC和被動式PFC。對于被動式PFC方法，由于控制電路中的電感器上會產生壓降，且隨著電感量的增大而增大。當空調輸入電壓低于180 V時，采用被動式PFC方法的壓縮機直流母線電壓會很低，這樣空調壓縮機只能在低頻下運轉，無法保證制熱能力的輸出，這種情況在需要壓縮機高速運轉的低溫和超低溫工況下更為顯著[3]。為此該文采用主動式PFC方法，在保證電流諧波抑制效果的前提下，解決壓縮機最高轉速限制問題，從而提高變頻空調器制熱性能。

1 主動式PFC方法

主動式PFC方法的電路拓撲有很多，如，BUCK、BOOST、FLYBACK等拓撲結構皆可作為主動式PFC方法校正器，但BOOST電路有如下優點：輸入電流連續，傳導噪音低，且輸入端電流波形好；開關管源極接地，容易驅動；開關管需要承受的最大電壓應力等于輸出電壓[4]，因此，BOOST電路是最佳選擇方案，圖1為單相BOOST主動式PFC基本電路。

采用BOOST拓撲結構的主動式PFC的變頻空調器，其功率因數最高可以達到0.998，充分滿足諧波抑制要求。同時，主動式PFC方法特有的電壓提升功能可提高直流母線電壓，即使電網壓力很低時也可將其提升到正常水平，從而保證壓縮機運行穩定，確保空調產品在較寬的電壓范圍內制熱能力100%輸出。

2 實驗驗證與結果分析

2.1 實驗方法與對象

實驗對象選取某型號2 600W壁掛式變頻分體空調器，在相同的實驗條件下，通過更改功率因數校正方案：被動式PFC方法和主動式PFC方法，通過對比空調器在兩種方案下的低溫制熱量，來驗證主動式PFC方法在提升變頻空調制熱性能的優勢。兩種方案的低溫制熱能力測試在相同的焓差實驗室中進行，圖2為空調樣機測試安裝圖，焓差室實驗測試工況設定如表1所示。

2.2 實驗結果分析

在室內工況恒定的情況下，通過降低室外干濕球溫度，測試兩種PFC方法下的低溫制熱能力，結果如圖3所示：當室外干濕球為2 ℃/1 ℃時，主動式PFC方法制熱量較被動式PFC方法提升39.9%；當室外干濕球為-7 ℃/-8 ℃時，主動式PFC方法制熱量較被動式PFC方法提升23.6%；當室外干濕球為-15 ℃/-16 ℃時，主動式PFC方法制熱量較被動式PFC方法提升12.2%。究其原因，是由于主動式PFC方法可有效提高直流母線電壓，壓縮機可實現更高的運行頻率，從而使空調器在不同的室外低溫工況下制熱量提升顯著。

3 結語

該文采用主動式PFC方法進行空調功率因數校正，不僅可以實現電流諧波抑制，保證電網安全，而且能有效提高直流母線電壓，解決空調壓縮機最高轉速限制難題。與傳統的被動式PFC方案相比，在-15 ℃～2 ℃室外溫度范圍內，主動式PFC方法的低溫制熱量提升12.2%～39.9%，變頻空調器的制熱性能得到顯著提高。

參考文獻

[1] 盧曉昭.諧波抑制與電容器低壓無功補償技術研究[J]. 科技創新導報，2011（26）：14-15.

[2] 川久保守.有源控制高性能·小型變頻器[J].家電科技， 2007（6）：64-67.

[3] 孫豐濤，楊帆.單相大功率無橋有源PFC在變頻空調中的應用[J].日用電器，2013（7）：12-15.

[4] 苗海亮，雷淮剛，陳輝，等.變頻空調中功率因數校正的控制電路設計[J].上海大學學報：自然科學版，2003， 9（2）：127-130.