Die meisten Leistungsumwandlungsanwendungen bestehen aus einer AC/DC-Umwandlungsstufe und dieser DC-Ausgang wird dann für weitere Stufen verwendet. Ein AC/DC-Wandler ist ein integraler Bestandteil der meisten elektronischen Geräte, da die meisten dieser Geräte mit Gleichstrom betrieben werden [1]. Im Allgemeinen wird zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom ein Diodenbrückengleichrichter verwendet. Um die Welligkeit der Ausgangsspannung zu reduzieren, wird am Gleichrichterausgang ein geeigneter Siebkondensator verwendet. Der Filterkondensator zieht einen Spitzenstrom aus der Versorgung, da er sich nur für kurze Zeit in einem Halbzyklus auflädt. Daher ist der von einem Diodengleichrichter gezogene Strom von Natur aus nicht sinusförmig. Aufgrund der nicht sinusförmigen Beschaffenheit des Eingangsstroms ist der THD sehr hoch und der Eingangsleistungsfaktor ebenfalls niedrig.

Ein einphasiger Gleichrichter besteht aus vier Dioden, die in einer Brückenkonfiguration mit geschlossener Schleife verbunden sind, um die gleichgerichtete Ausgangsspannung zu erzeugen, wie in Abb. 1 gezeigt

Die vier Dioden sind paarweise in Reihe geschaltet, wobei nur ein Diodenpaar während jeder Halbwelle leitet. Der Gleichrichter mit Filterkondensator wird als herkömmliche AC-DC-Versorgungsschnittstelle bezeichnet, die in Fig. 2 (a) angegeben ist. Der Siebkondensator reduziert die in der Ausgangsspannung vorhandenen Welligkeiten. Obwohl ein Filterkondensator die Welligkeit der Ausgangsspannung erheblich unterdrückt, führt er Verzerrungen in den Eingangsstrom ein und entzieht der Versorgung diskontinuierlich in kurzen Impulsen, wie in Abb. 2 (b) gezeigt.

Der THD einer solchen Wellenform ist sehr hoch und der Leistungsfaktor ist ebenfalls sehr niedrig. Dies führt zu mehreren Problemen, einschließlich einer Verringerung der verfügbaren Leistung und eines erhöhten Verlusts.

Totale harmonische Verzerrung:

Die gesamte harmonische Verzerrung eines Signals ist ein Maß für die vorhandene harmonische Verzerrung und ist definiert als das Verhältnis der Summe der Leistungen aller harmonischen Komponenten zur Leistung der Grundfrequenz. THD wird verwendet, um die Energiequalität von elektrischen Energiesystemen zu charakterisieren. Der THD in Bezug auf den Strom kann geschrieben werden als:

%THD = √(I _s /I _s1 ) ² -1

Wobei I _s der Effektivwert des Eingangsstroms ist, I _s1 die Grundfrequenzkomponente ist.

Leistungsfaktor:

Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis zwischen der tatsächlichen Leistung (kW) und der aufgenommenen Scheinleistung (kVAr) eines elektrischen Verbrauchers. Er ist ein Maß dafür, wie effektiv der Strom in nutzbare Arbeitsleistung umgewandelt wird, und zeigt auch die Auswirkung des Laststroms auf die Effizienz des Versorgungssystems. Der wahre Leistungsfaktor (PF) des Systems kann geschrieben werden als:

PF=cos f × Verzerrungsleistungsfaktor (2)

Wobei f der Verschiebungsfaktor ist. In einem Wechselstromkreis wird Energie am effizientesten genutzt, wenn der Strom in Phase mit der Spannung ist. Der Verzerrungsleistungsfaktor beschreibt, dass die harmonische Verzerrung eines Laststroms die an die Last übertragene durchschnittliche Leistung verringert. Der Verzerrungsleistungsfaktor (DPF) kann geschrieben werden als:

DPF I1/I

Wobei I1 die Grundkomponente des Stroms und I der Gesamtstrom ist. Ein Diodengleichrichter mit Filterkondensator am Ausgang zieht nicht sinusförmigen Strom, daher ist der Verzerrungsleistungsfaktor kleiner als Eins, was zu einem schlechten Leistungsfaktor führt. Aufgrund des Vorhandenseins einer hohen harmonischen Gesamtverzerrung und eines schlechten Eingangsleistungsfaktors, die von herkömmlichen Wandlern erzeugt werden, sollten die einfachen Diodengleichrichter nicht verwendet werden. Es besteht die Notwendigkeit, eine Gleichrichtung nahe Eins zu erreichen, wenn man bedenkt, dass ein pulsbreitenmodulierter Gleichrichter (PWM) eine verbesserte Version des herkömmlichen AC-zu-DC-Diodengleichrichters ist.

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