專利名稱：一種用于數(shù)控機床的功率因數(shù)校正器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣設(shè)備領(lǐng)域，尤其是精密裝置的電氣設(shè)備。
技術(shù)背景隨著現(xiàn)代經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電氣設(shè)備加入電網(wǎng)，產(chǎn)生出大量 的諧波分量又經(jīng)電網(wǎng)串入其他電氣設(shè)備，對由計算機控制的機床設(shè)備(數(shù)控機床)穩(wěn)定工作產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。傳統(tǒng)的AC/DC (交流/直流)電能變換器與 開關(guān)電源，其輸入電路普遍采用了全橋二極管不控整流方式。雖然不控整流器 電路簡單可靠，但它們會從電網(wǎng)中吸取高峰值電流，使輸入端電流和交流電壓 均發(fā)生崎變。也就是說，大量的電氣設(shè)備自身的穩(wěn)壓電源，其輸入前置級電路 實際上是一個峰值檢測器，在高壓電容濾波器上的充電電壓，使得整流器的導(dǎo) 通角縮短三倍，，電流脈沖變成了非正弦的窄脈沖，因而在電網(wǎng)輸入接口端產(chǎn)生 很大的諧波尖峰干擾。數(shù)控機床的控制器通常采用外部電源，電源功率為100W 300W， 一般電源 產(chǎn)品不設(shè)PEC高頻有源功率因數(shù)校正器，因此電源的電網(wǎng)輸入端的諧波電流分 量大，功率因數(shù)值僅0.6 0. 75，既污染電網(wǎng)，又增大功耗，不符合"綠色能源" 要求。因數(shù)控機床大量采用繼電器、電磁鐵，在切換時，所產(chǎn)生的電磁被，匯 同網(wǎng)側(cè)諧波電流一同進入控制器電源，使輸出端電流和交流電壓均發(fā)生嚴(yán)重崎 變，增加對數(shù)控裝置的千擾，影響數(shù)控機床的正常工作。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的為提供一種將整流器輸入電流校正成與電網(wǎng)電壓同相的 正弦波，消除了諧波和無功電流，將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為1.0的用于數(shù) 控機床的功率因數(shù)校正器。
實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案為用于數(shù)控機床的功率因數(shù)校正器具有與輸入 電源連接的全波整流器，全波整流器DC/DC變換器串聯(lián)，DC/DC變換器再與負(fù)載 數(shù)據(jù)機床連接，全波整理器連接有乘法器，DC/DC變換器連接有控制電路?？偟目刂齐娐钒ㄓ猩龎菏阶儞Q器電路，UC3854有源功率因數(shù)校正電路， UC3854有源功率因數(shù)校正電路包括有電壓放大器電路，模擬乘法器電路、電流 放大器電路，恒頻脈寬調(diào)制器電路，功率MOSFET兼容的柵極驅(qū)動器電路，電網(wǎng) 預(yù)制器電路，負(fù)載變化比較器電路和過電流比較器電路，升壓式變換器電路包 括有儲能電感，高頻大功率三極管，單向二極管和濾波電容器。功率因數(shù)校正的基本原理，就是從電路上采取措施，使輸入至數(shù)控系統(tǒng)的 電流實現(xiàn)正弦波，并與電壓保持同相，這是因為，1)正弦化是使其它諧波為零； 2)同相位是使小二0。，即cosO。 =1，使相移因數(shù)cos4)^L。對于有源校正技術(shù)， 用于開關(guān)電源的單相升壓式高頻有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)值》0. 99， 低頻諧波失真《8% 10%，電源效率》90%，輸入電壓90 270V，磁性元件小， 可省略或簡化龐大的輸入濾波器。上述技術(shù)方案是在控制器電源的整流電路與濾波電容之間增加一個功率變 換電路，稱為有源功率因數(shù)校正電路，簡稱APEC電路。它將整流器輸入電流校 正成與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，消除了諧波和無功電流，將電網(wǎng)功率因數(shù)提高 到0. 99。本實用新型能使輸入電流平均值自動跟隨全波直流電壓基準(zhǔn)，并保持輸出 電壓穩(wěn)定，還具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的有益效果。它與傳統(tǒng)開關(guān)電源的區(qū)別 在于 一是不僅反饋輸出電壓；還反饋輸入平均電流；二是電流環(huán)基準(zhǔn)信號為 電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。

圖1為本實用新型用于數(shù)控機床的單級式功率因數(shù)校正器結(jié)構(gòu)框圖圖2為雙級式功率因數(shù)校正器結(jié)構(gòu)框圖圖3為本實用新型總的控制電路圖具體實施方式
現(xiàn)通過附圖對本實用新型技術(shù)方案作進一步說明 附圖1、附圖2中l(wèi).全波整流器，2.DC/DC變換，3.負(fù)載，4.乘法器及控 制電路，5.雙級式升壓PEC， 6.雙級式DC/DC變換，7.雙級式負(fù)載，8.乘法器 雙級式，9.控制電路。附圖1為單級式功率因數(shù)校正器在數(shù)控機床中的應(yīng)用， 附圖2為雙級式功率因數(shù)校正器在數(shù)控機床中的應(yīng)用，單級式APFC技術(shù)的基本 思路是將輸入交流電壓經(jīng)全波整流器1，再經(jīng)DC/DC 2變換，通過控制使輸入 電流平均值自動跟隨全波直流電壓基準(zhǔn)。并保持輸出電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓 輸出和單位輸入功率因數(shù)。3為負(fù)載，4為乘法器。雙級式電路由升壓PEC 5和 DC/DC 6變換器級串聯(lián)而成，中間母線電壓一般穩(wěn)定在400V左右，前級5實現(xiàn) 公率因數(shù)校正，后級6實現(xiàn)隔離和降壓，其優(yōu)點是每級電路可單獨分析。設(shè)計 和控制，特別適合作為分布式電源系統(tǒng)的前置級。9為控制電路。附圖3中，由 lmH的儲能電感、高頻大功率三級管APT5025、單向二級管UHV806、 450nF的 濾波電容共同組成升壓式變換器電路，三級管APT5025受恒定高頻脈寬調(diào)制開 關(guān)信號的控制。圖中UC3854為電源提供有源功率因數(shù)校正，UC3854包含了一個 電壓放大器、 一個模擬乘法器、 一個電流放大器、 一個恒頻脈寬調(diào)制器、 一個 功率柵極屈驅(qū)動器、電網(wǎng)預(yù)置器、負(fù)載變化比較器、過電流比較器。該元件能 最佳的利用供電電流使電網(wǎng)電流失真減到最小，執(zhí)行所有的控制功能。
權(quán)利要求1.一種用于數(shù)控機床的功率因數(shù)校正器，其特征為具有與輸入電源連接的全波整流器，全波整流器與DC/DC變換器串聯(lián)，DC/DC變換器再與負(fù)載數(shù)控機床連接，全波整流器連接有乘法器，DC/DC變換器連接有控制電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于數(shù)控機床的功率因數(shù)校正器，其特征為總的 控制電路包括有升壓式變換器電路和UC3854有源功率因素校正電路，UC3854有 源功率因素校正電路包括有電壓放大器電路、模擬乘法器電路、電流放大器電 路、恒頻脈寬調(diào)節(jié)器電路、功率柵極屈驅(qū)動器電路、電網(wǎng)預(yù)置器電路、負(fù)載變 化比較器電路和過電流比較器電路，升壓式變換器電路包括有儲能電感、高頻 大功率三極管、單向二極管和濾波電容器。
專利摘要本實用新型為一種用于數(shù)控機床的功率因數(shù)校正器，涉及精密裝置的電器設(shè)備領(lǐng)域，數(shù)控機床的電源輸入端的諧波電流分量大，使電流和電壓均發(fā)生畸變，影響機床的正常工作，本實用新型將輸入交流電壓全波整流，再經(jīng)DC/DC變換，通過控制使輸入電流平均值自動跟隨全波直流電壓基準(zhǔn)，并且保持輸出電壓穩(wěn)定，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單元輸入功率因數(shù)，本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的特點。
文檔編號H02M1/12GK201032705SQ20062017599
公開日2008年3月5日 申請日期2006年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月27日
發(fā)明者李維謙 申請人:天水星火機床有限責(zé)任公司