主动式PFC对空调制热性能提升的实验研究

林竹

摘 要：采用主动式PFC方法，在保证电流谐波抑制效果的前提下，解决了空调压缩机最高转速限制难题。与被动式PFC方法相比，在-15 ℃～2 ℃室外温度范围内，主动式PFC方法的低温制热量提升12.2%～39.9%，变频空调器的制热性能得到显著提升。

关键词：主动式PFC 电流谐波 母线电压 低温制热

中图分类号：TK172 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（c）-0065-02

目前市场上销售的直流变频空调器，其电能变换器和开关电源的输入电路普遍采用二极管全桥整流方式，会使从电网中输入的电流波形发生畸变，导致电压和电流相位不一致，造成谐波污染，功率因数下降，且产生强大的EMI会对电网产生很大的干扰和危害[1]。因此，为了将变频空调器的电流谐波控制在标准范围内，需要采用功率因数校正技术来降低电流谐波值，减少对电网的污染，提高电网的质量[2]。

变频空调器中常用的功率因数（Power Factor Correction）校正方法有：主动式PFC和被动式PFC。对于被动式PFC方法，由于控制电路中的电感器上会产生压降，且随着电感量的增大而增大。当空调输入电压低于180 V时，采用被动式PFC方法的压缩机直流母线电压会很低，这样空调压缩机只能在低频下运转，无法保证制热能力的输出，这种情况在需要压缩机高速运转的低温和超低温工况下更为显著[3]。为此该文采用主动式PFC方法，在保证电流谐波抑制效果的前提下，解决压缩机最高转速限制问题，从而提高变频空调器制热性能。

1 主动式PFC方法

主动式PFC方法的电路拓扑有很多，如，BUCK、BOOST、FLYBACK等拓扑结构皆可作为主动式PFC方法校正器，但BOOST电路有如下优点：输入电流连续，传导噪音低，且输入端电流波形好；开关管源极接地，容易驱动；开关管需要承受的最大电压应力等于输出电压[4]，因此，BOOST电路是最佳选择方案，图1为单相BOOST主动式PFC基本电路。

采用BOOST拓扑结构的主动式PFC的变频空调器，其功率因数最高可以达到0.998，充分满足谐波抑制要求。同时，主动式PFC方法特有的电压提升功能可提高直流母线电压，即使电网压力很低时也可将其提升到正常水平，从而保证压缩机运行稳定，确保空调产品在较宽的电压范围内制热能力100%输出。

2 实验验证与结果分析

2.1 实验方法与对象

实验对象选取某型号2 600W壁挂式变频分体空调器，在相同的实验条件下，通过更改功率因数校正方案：被动式PFC方法和主动式PFC方法，通过对比空调器在两种方案下的低温制热量，来验证主动式PFC方法在提升变频空调制热性能的优势。两种方案的低温制热能力测试在相同的焓差实验室中进行，图2为空调样机测试安装图，焓差室实验测试工况设定如表1所示。

2.2 实验结果分析

在室内工况恒定的情况下，通过降低室外干湿球温度，测试两种PFC方法下的低温制热能力，结果如图3所示：当室外干湿球为2 ℃/1 ℃时，主动式PFC方法制热量较被动式PFC方法提升39.9%；当室外干湿球为-7 ℃/-8 ℃时，主动式PFC方法制热量较被动式PFC方法提升23.6%；当室外干湿球为-15 ℃/-16 ℃时，主动式PFC方法制热量较被动式PFC方法提升12.2%。究其原因，是由于主动式PFC方法可有效提高直流母线电压，压缩机可实现更高的运行频率，从而使空调器在不同的室外低温工况下制热量提升显著。

3 结语

该文采用主动式PFC方法进行空调功率因数校正，不仅可以实现电流谐波抑制，保证电网安全，而且能有效提高直流母线电压，解决空调压缩机最高转速限制难题。与传统的被动式PFC方案相比，在-15 ℃～2 ℃室外温度范围内，主动式PFC方法的低温制热量提升12.2%～39.9%，变频空调器的制热性能得到显著提高。

参考文献

[1] 卢晓昭.谐波抑制与电容器低压无功补偿技术研究[J]. 科技创新导报，2011（26）：14-15.

[2] 川久保守.有源控制高性能·小型变频器[J].家电科技， 2007（6）：64-67.

[3] 孙丰涛，杨帆.单相大功率无桥有源PFC在变频空调中的应用[J].日用电器，2013（7）：12-15.

[4] 苗海亮，雷淮刚，陈辉，等.变频空调中功率因数校正的控制电路设计[J].上海大学学报：自然科学版，2003， 9（2）：127-130.