電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置課件

1、電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)(第第4版版)電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 定義定義：由基本電力電子電路組成的用于電能的變換和控：由基本電力電子電路組成的用于電能的變換和控制的裝置稱(chēng)為電力電子裝置（制的裝置稱(chēng)為電力電子裝置（Power Electronic Equipment Power Electronic Equipment ),),又稱(chēng)為變流裝置。又稱(chēng)為變流裝置。 用途用途： 直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、金屬焊接、充電、電鍍和科學(xué)儀器等的電直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、金屬焊

2、接、充電、電鍍和科學(xué)儀器等的電源；交流電源可由變頻器組成，分為變頻變壓電源（用于交源；交流電源可由變頻器組成，分為變頻變壓電源（用于交流籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速）、恒頻恒壓電源（構(gòu)成交流不間斷流籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速）、恒頻恒壓電源（構(gòu)成交流不間斷電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感加熱電源、高頻加熱電源等電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感加熱電源、高頻加熱電源等；利用電力電子器件的快速開(kāi)關(guān)性能，還可構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償裝；利用電力電子器件的快速開(kāi)關(guān)性能，還可構(gòu)成無(wú)功補(bǔ)償裝置、靜止式無(wú)觸點(diǎn)大功率開(kāi)關(guān)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點(diǎn)大置、靜止式無(wú)觸點(diǎn)大功率開(kāi)關(guān)以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點(diǎn)大功率開(kāi)關(guān)。功率開(kāi)關(guān)。 目前變流裝置正沿著智能化、模

3、塊化、小型化、高效和目前變流裝置正沿著智能化、模塊化、小型化、高效和高可靠性方向發(fā)展，使之應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。高可靠性方向發(fā)展，使之應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 一般情況下電力電一般情況下電力電子裝置由控制電路、驅(qū)子裝置由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路和以動(dòng)電路、

4、檢測(cè)電路和以電力電子器件為核心的電力電子器件為核心的主電路組成，如圖主電路組成，如圖7.1.1所示。所示。7.1.1 電力電子的一般模型電力電子的一般模型圖圖7.1.1 7.1.1 電力電子裝置的一般組成電力電子裝置的一般組成 電力電子裝置是電能變換設(shè)備，它的使用現(xiàn)場(chǎng)不可避免電力電子裝置是電能變換設(shè)備，它的使用現(xiàn)場(chǎng)不可避免存在嚴(yán)重電磁干擾。強(qiáng)干擾信號(hào)竄入裝置中除可能直接使電存在嚴(yán)重電磁干擾。強(qiáng)干擾信號(hào)竄入裝置中除可能直接使電力電子器件誤動(dòng)作外，還會(huì)干擾裝置的控制電路，使裝置誤力電子器件誤動(dòng)作外，還會(huì)干擾裝置的控制電路，使裝置誤動(dòng)作。動(dòng)作。電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置抗干擾的技術(shù)措施：抗干擾的

5、技術(shù)措施： 抑制干擾信號(hào)的強(qiáng)度，例如交流繼電器、交流接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)電容抑制干擾信號(hào)的強(qiáng)度，例如交流繼電器、交流接觸器觸點(diǎn)并聯(lián)電容，可減小觸點(diǎn)通斷時(shí)的電火花干擾；，可減小觸點(diǎn)通斷時(shí)的電火花干擾； 合理布線(xiàn)以減小導(dǎo)線(xiàn)間的分布電容、分布電感和互感，防止干擾信合理布線(xiàn)以減小導(dǎo)線(xiàn)間的分布電容、分布電感和互感，防止干擾信號(hào)竄入；號(hào)竄入； 實(shí)施電磁屏蔽；實(shí)施電磁屏蔽； 正確選擇接地點(diǎn)并良好接地；正確選擇接地點(diǎn)并良好接地； 加強(qiáng)電路本身的抗干擾能力，設(shè)計(jì)時(shí)選用抗干擾性能好的電子元件加強(qiáng)電路本身的抗干擾能力，設(shè)計(jì)時(shí)選用抗干擾性能好的電子元件； 控制電路共用直流穩(wěn)壓電源時(shí)，電路各部分應(yīng)單獨(dú)引線(xiàn)；控制電路共用直流穩(wěn)

6、壓電源時(shí)，電路各部分應(yīng)單獨(dú)引線(xiàn)； 在信號(hào)強(qiáng)度允許條件下盡量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗；在信號(hào)強(qiáng)度允許條件下盡量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗； 采用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號(hào)源或控制電路與電采用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號(hào)源或控制電路與電力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號(hào)竄入。力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號(hào)竄入。7.1.1 電力電子的一般模型電力電子的一般模型電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7 7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功

7、率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理 穩(wěn)壓電源：穩(wěn)壓電源： 線(xiàn)性穩(wěn)壓電源：線(xiàn)性穩(wěn)壓電源：指起電壓調(diào)整功能的器件始終工指起電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線(xiàn)性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。作在線(xiàn)性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源：簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源(Switching Power (Switching Power Supply)Supply)，指起電壓調(diào)整功能的器件始終以開(kāi)關(guān)方式，指起電壓調(diào)整功能的器件始終以開(kāi)

8、關(guān)方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。工作的一種直流穩(wěn)壓電源。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置1 1、線(xiàn)性穩(wěn)壓電源：、線(xiàn)性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）輸入采用）輸入采用50Hz50Hz工頻變壓器，體積龐大；工頻變壓器，體積龐大； （2 2）電壓調(diào)整器件工作在線(xiàn)性放大區(qū)內(nèi)）電壓調(diào)整器件工作在線(xiàn)性放大區(qū)內(nèi),損耗大損耗大,效率低；效率低； （3 3） 過(guò)載能力差。過(guò)載能力差。圖圖7.2.1 線(xiàn)性穩(wěn)壓電源方框圖線(xiàn)性穩(wěn)壓電源方框圖 7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置2 2、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

9、： 50Hz單相交流單相交流220V電壓或三相交流電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)電壓經(jīng)EMI防電磁防電磁干擾電源濾波器，直接整流濾波，然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換干擾電源濾波器，直接整流濾波，然后再將濾波后的直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十或數(shù)百電路變換為數(shù)十或數(shù)百kHz的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓隔離并降壓(或升壓或升壓)后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。通過(guò)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)管通過(guò)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開(kāi)關(guān)

10、管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖圖7.2.2 開(kāi)關(guān)電源原理框圖開(kāi)關(guān)電源原理框圖工作原理：工作原理：7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.2.2 開(kāi)關(guān)電源原理框圖開(kāi)關(guān)電源原理框圖開(kāi)關(guān)管占空比定義為：開(kāi)關(guān)管占空比定義為：D=Ton/Ts；其中其中Ts為開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期為開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期,Ton為一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通用時(shí)間為一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通用時(shí)間 。兩種改變占空比的控制方式兩種改變占空比的控制方式 ：1）脈沖寬度調(diào)制控制）脈沖寬度調(diào)制控制(PWM) 2）脈沖頻率調(diào)制控制）脈沖頻率調(diào)制控制(PFM)2 2、開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源、開(kāi)

11、關(guān)穩(wěn)壓電源：7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.2.3 PWM控制方式控制方式 1） 脈沖寬度控制：脈沖寬度控制： 保持開(kāi)關(guān)頻率保持開(kāi)關(guān)頻率(開(kāi)關(guān)周期開(kāi)關(guān)周期Ts)不變，通過(guò)改變不變，通過(guò)改變Ton來(lái)來(lái) 改變改變占空比占空比 D，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。如果占空比，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。如果占空比D越越大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。 2）脈沖頻率控制：）脈沖頻率控制：保持導(dǎo)通時(shí)間保持導(dǎo)通時(shí)間Ton不變，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率不變，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率(即開(kāi)關(guān)周期即開(kāi)關(guān)周期)而達(dá)到改變占空比的目的。而達(dá)到改變

12、占空比的目的。工作頻率不固定，造成濾波器設(shè)計(jì)困難。工作頻率不固定，造成濾波器設(shè)計(jì)困難。 7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 開(kāi)關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)電源優(yōu)點(diǎn)：（1）功耗小、效率高。）功耗小、效率高。 （2）體積小、重量輕。）體積小、重量輕。 （3）穩(wěn)壓范圍寬。）穩(wěn)壓范圍寬。 （4）電路形式靈活多樣。）電路形式靈活多樣。 主要是存在開(kāi)關(guān)噪聲干擾。主要是存在開(kāi)關(guān)噪聲干擾。 7.2.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.2.2開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 1、開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用、開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用圖圖7.2.4 直流操作電源電路原理圖

13、直流操作電源電路原理圖 主電路采用半橋變換電路，額定輸出直流電壓為主電路采用半橋變換電路，額定輸出直流電壓為220V，輸，輸出電流為出電流為10A。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 2、電路簡(jiǎn)介：、電路簡(jiǎn)介：交流進(jìn)線(xiàn)濾波器交流進(jìn)線(xiàn)濾波器作用：作用：防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進(jìn)防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲進(jìn)入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進(jìn)入開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部，干擾開(kāi)關(guān)電源的正常工作。入開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部，干擾開(kāi)關(guān)電源的正常工作。該濾波器能同時(shí)抑制共模和該濾波器能同時(shí)抑制共模和差模干擾信號(hào)。差模干擾信號(hào)。電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)： Cc1、Lc和和Cc2構(gòu)成的低通濾波器用來(lái)抑制共模干擾信號(hào)，構(gòu)成的低通

14、濾波器用來(lái)抑制共模干擾信號(hào)，其中其中Lc稱(chēng)為共模電感，其兩組線(xiàn)圈匝數(shù)相等，但繞向相反，對(duì)差模信號(hào)的稱(chēng)為共模電感，其兩組線(xiàn)圈匝數(shù)相等，但繞向相反，對(duì)差模信號(hào)的阻抗為零，而對(duì)共模信號(hào)產(chǎn)生很大的阻抗。阻抗為零，而對(duì)共模信號(hào)產(chǎn)生很大的阻抗。圖圖7.2.5 交流進(jìn)線(xiàn)交流進(jìn)線(xiàn)EMI濾波器濾波器 Cd1、Ld和和Cd2構(gòu)成的低通濾波器構(gòu)成的低通濾波器則用來(lái)抑制差模干擾信號(hào)。則用來(lái)抑制差模干擾信號(hào)。 7.2.2開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 (2) 啟動(dòng)浪涌電流抑制電路啟動(dòng)浪涌電流抑制電路 小功率電源：在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之間串聯(lián)具有小功率電源：在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之

15、間串聯(lián)具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。大功率電路：將上述熱敏電阻換成普通電阻，同時(shí)在電阻大功率電路：將上述熱敏電阻換成普通電阻，同時(shí)在電阻的兩端并接晶閘管開(kāi)關(guān)。的兩端并接晶閘管開(kāi)關(guān)。 (3) 輸出整流電路輸出整流電路 小功率電源通常采用半波整流電路，而對(duì)于大功率電源則小功率電源通常采用半波整流電路，而對(duì)于大功率電源則采用全波或橋式整流電路。采用全波或橋式整流電路。 7.2.2開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置PWM控制器控制器SG3525圖圖7.2.6 SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 腳：誤差放大器反相輸入端；腳：誤差放大器反相輸入端；腳：同步信號(hào)輸

16、入端，同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩腳：同步信號(hào)輸入端，同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩器頻率器頻率fS要低一些；要低一些；腳：振蕩器輸出；腳：振蕩器輸出；腳：振蕩器外接定時(shí)電阻腳：振蕩器外接定時(shí)電阻RT端，端， RT值為值為2k150k；腳：振蕩器外接電容腳：振蕩器外接電容CT端，振蕩器頻率為端，振蕩器頻率為fS 1/CT(0.7RT+3R0);其中其中R0為腳與腳之間跨接的為腳與腳之間跨接的電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，定時(shí)電容范圍為電阻，用來(lái)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間，定時(shí)電容范圍為0.001F0.1F；腳：振蕩器放電端，外接電阻來(lái)控制死區(qū)時(shí)間，腳：振蕩器放電端，外接電阻來(lái)控制死區(qū)時(shí)間，電阻范圍為電阻范圍為0500； 腳：軟

17、起動(dòng)端，外接軟起動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部腳：軟起動(dòng)端，外接軟起動(dòng)電容，該電容由內(nèi)部Uref的的50A恒流源充電。恒流源充電。腳：誤差放大器的輸出端；腳：誤差放大器的輸出端；腳：腳：PWM信號(hào)封鎖端，該腳為高電平時(shí)，信號(hào)封鎖端，該腳為高電平時(shí)， 輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)被封鎖輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)被封鎖,用于故障保護(hù)；用于故障保護(hù)；腳：腳：A路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出； 腳：接地腳：接地;腳：輸出級(jí)集電極電壓；腳：輸出級(jí)集電極電壓；腳：腳：B路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；路驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出；腳：電源，其范圍因?yàn)槟_：電源，其范圍因?yàn)?V35V；腳：內(nèi)部腳：內(nèi)部+5V基準(zhǔn)電壓輸出?；鶞?zhǔn)電壓輸出。腳：誤差放大器同相輸入端；腳：誤差放

18、大器同相輸入端；7.2.2開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 (4) 控制電路（控制電路（SG3525） 采用雙環(huán)控制方式，電壓環(huán)為外環(huán)控制，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)采用雙環(huán)控制方式，電壓環(huán)為外環(huán)控制，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)控制。輸出電壓的反饋信號(hào)控制。輸出電壓的反饋信號(hào)UOF與電壓給定信號(hào)與電壓給定信號(hào)UOG相減，其相減，其誤差信號(hào)經(jīng)誤差信號(hào)經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后形成輸出電感的電流給定，再與電感調(diào)節(jié)器后形成輸出電感的電流給定，再與電感電流的反饋信號(hào)電流的反饋信號(hào)IOF相減得電流誤差信號(hào)，經(jīng)相減得電流誤差信號(hào)，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后送入調(diào)節(jié)器后送入PWM控制器控制器SG3525，然后與控制器內(nèi)部三角波比較

19、形成，然后與控制器內(nèi)部三角波比較形成PWM信號(hào)。該信號(hào)。該P(yáng)WM信號(hào)再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)主電路信號(hào)再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)主電路IGBT。 (5) IGBT驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路 該驅(qū)動(dòng)模塊為混合集成電路，該驅(qū)動(dòng)模塊為混合集成電路，將將IGBT的驅(qū)動(dòng)和過(guò)流保護(hù)集于一的驅(qū)動(dòng)和過(guò)流保護(hù)集于一體，能驅(qū)動(dòng)電壓為體，能驅(qū)動(dòng)電壓為600V和和1200V系列電流容量不大于系列電流容量不大于400AIGBT。 圖圖7.2.7 IGBT驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路7.2.2開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2

20、 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.3有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電線(xiàn)路過(guò)熱，降低電電網(wǎng)諧波電流不僅引起變壓器和供電線(xiàn)路過(guò)熱，降低電器的額定值，并且產(chǎn)生電磁干擾，影響其他電子設(shè)備正常器的額定值，并且產(chǎn)生電磁干擾，影響其他電子設(shè)備正常運(yùn)行。運(yùn)行。 1、采用無(wú)源校正抑制諧波、采用無(wú)源校正抑制諧波:特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）方法簡(jiǎn)單可靠，并且在穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。）方法簡(jiǎn)單可靠，并且在

21、穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。 2）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時(shí)，濾波效果不能保證，）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時(shí)，濾波效果不能保證，動(dòng)態(tài)特性差。動(dòng)態(tài)特性差。 3）可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，）可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。從而導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。4）LC濾波器體積龐大。濾波器體積龐大。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置1）特點(diǎn)：）特點(diǎn)：與無(wú)源校正抑制諧波的區(qū)別：與無(wú)源校正抑制諧波的區(qū)別： 能進(jìn)一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。能進(jìn)一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。與一般的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別：與一般的開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別： （1） PF

22、C電路不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流；電路不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流； （2） PFC電路的電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全電路的電流環(huán)基準(zhǔn)信號(hào)為電壓環(huán)誤差信號(hào)與全波整流電壓取樣信號(hào)的乘積。波整流電壓取樣信號(hào)的乘積。2）工作原理：）工作原理：有源功率因數(shù)校正技術(shù)有源功率因數(shù)校正技術(shù)(Actite Power Filter Correction ，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)APFC或或PFC)就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開(kāi)關(guān)，就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制有源開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓的通過(guò)控制有源開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)強(qiáng)迫輸入電流跟隨輸入電壓的變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流

23、和接近變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。的功率因數(shù)。 2、有源功率因數(shù)校正電路（、有源功率因數(shù)校正電路（PFC） 7.3有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.3.1PFC技術(shù)的工作原理技術(shù)的工作原理 圖圖7.3.1 BoostPFC電路電路 主電路由單相橋式整流電路和主電路由單相橋式整流電路和Boost 變換電路組成，虛變換電路組成，虛線(xiàn)框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器線(xiàn)框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器VA及基準(zhǔn)電壓及基準(zhǔn)電壓Ur，乘法器，電流誤差放大器乘法器，電流誤差放大器CA，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路。，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)電路。工作原理：工作

24、原理：輸出電壓輸出電壓Uo和基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電壓Ur比較比較后，誤差信號(hào)經(jīng)電壓誤差放大器后，誤差信號(hào)經(jīng)電壓誤差放大器VA以后送入乘法器以后送入乘法器M，與全波整，與全波整流電壓取樣信號(hào)相乘以后形成基流電壓取樣信號(hào)相乘以后形成基準(zhǔn)電流信號(hào)?；鶞?zhǔn)電流信號(hào)與電準(zhǔn)電流信號(hào)?；鶞?zhǔn)電流信號(hào)與電流反饋信號(hào)相減，誤差信號(hào)經(jīng)電流反饋信號(hào)相減，誤差信號(hào)經(jīng)電流誤差放大器流誤差放大器CA后再與鋸齒波相后再與鋸齒波相比較形成比較形成PWM信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制主電路開(kāi)關(guān)電路控制主電路開(kāi)關(guān)S的通斷，使的通斷，使電流跟蹤基準(zhǔn)電流信號(hào)變化。電流跟蹤基準(zhǔn)電流信號(hào)變化。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.3.2P

25、FC集成控制電路集成控制電路UC3854及其應(yīng)用及其應(yīng)用 圖圖7.3.2 UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 UC3854包含電壓放大器包含電壓放大器VA，模擬乘法，模擬乘法/除法器除法器M，電流放大器，電流放大器CA，固定頻率固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路，的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路，7.5V基基準(zhǔn)電壓等準(zhǔn)電壓等 。電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.3.3由由UC3854構(gòu)成的構(gòu)成的PFC電路原理圖電路原理圖 控制芯片控制芯片UC3854適用適用的功率范圍比較寬，的功率范圍比較寬，5KW以下的單相以下的單相boost-PFC電路電路均可以采用該芯片作為控均

26、可以采用該芯片作為控制器。輸出功率不同時(shí)，制器。輸出功率不同時(shí)，只需改變主電路中的電感只需改變主電路中的電感L1和電流檢測(cè)電阻和電流檢測(cè)電阻RS、控、控制電路中的電流控制環(huán)參制電路中的電流控制環(huán)參數(shù)。數(shù)。 輸出電壓輸出電壓Uo由下式確定：由下式確定：V5 . 7221 RRRUO7.3.2PFC集成控制電路集成控制電路UC3854及其應(yīng)用及其應(yīng)用 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5

27、 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.4不間斷電源不間斷電源 UPS電源裝置在保證不間斷供電的同時(shí)，還能提供穩(wěn)壓、電源裝置在保證不間斷供電的同時(shí)，還能提供穩(wěn)壓、穩(wěn)頻和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。穩(wěn)頻和波形失真度極小的高質(zhì)量正弦波電源。 目前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、郵電通信、銀行證劵、電力目前，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、郵電通信、銀行證劵、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療、交通、航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療、交通、航空等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。不間斷電源：不間斷電源：Uninterrupitable Power System, 簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)

28、稱(chēng)UPS電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.4.1UPS的分類(lèi)的分類(lèi) 1、后備式、后備式UPS 圖圖7.4.1 后備式后備式UPS的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 市電存在時(shí)，逆變器不工作，市電存在時(shí)，逆變器不工作，市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向負(fù)載供電，同時(shí)充電器工作，負(fù)載供電，同時(shí)充電器工作，對(duì)蓄電池組浮充電。對(duì)蓄電池組浮充電。 市電掉電時(shí)，逆變器工作，市電掉電時(shí)，逆變器工作，將蓄電池供給的直流電壓變換將蓄電池供給的直流電壓變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的交流電壓，繼成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的交流電壓，繼續(xù)向負(fù)載供電。續(xù)向負(fù)載供電。 輸出電壓波形有輸出電壓波形有方波方波、準(zhǔn)方波準(zhǔn)方波和和正弦波正弦波三種方式

29、。三種方式。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行效率高、價(jià)格便宜，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行效率高、價(jià)格便宜，但其輸出電壓穩(wěn)壓精度差，市電掉電時(shí)，輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)間。適其輸出電壓穩(wěn)壓精度差，市電掉電時(shí)，輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)間。適于小功率。于小功率。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 2、線(xiàn)式、線(xiàn)式UPS 圖圖7.4.2 在線(xiàn)式在線(xiàn)式UPS的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 正常工作時(shí)，市電經(jīng)整流器變成直流后，再經(jīng)逆變器變換正常工作時(shí)，市電經(jīng)整流器變成直流后，再經(jīng)逆變器變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負(fù)載。成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負(fù)載。 當(dāng)市電掉電時(shí)，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負(fù)載不當(dāng)市電掉電時(shí)，由蓄電池組向

30、逆變器供電，以保證負(fù)載不間斷供電。間斷供電。 如果逆變器發(fā)生故障，如果逆變器發(fā)生故障，UPS則則通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換到旁路，直接由通過(guò)靜態(tài)開(kāi)關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。當(dāng)故障消失后，市電供電。當(dāng)故障消失后，UPS又又重新切換到由逆變器向負(fù)載供電。重新切換到由逆變器向負(fù)載供電。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電狀態(tài)，輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，狀態(tài)，輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式后備式UPS。7.4.1UPS的分類(lèi)的分類(lèi) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器 1）對(duì)于小功率）對(duì)于小

31、功率UPS，整流器一般采用二極管整流電路，它的作用是，整流器一般采用二極管整流電路，它的作用是向逆變器提供直流電源。蓄電池充電由專(zhuān)門(mén)的充電器來(lái)完成。向逆變器提供直流電源。蓄電池充電由專(zhuān)門(mén)的充電器來(lái)完成。 2）對(duì)于中大功率）對(duì)于中大功率UPS，整流器一般采用相控式整流電路，整流器一般采用相控式整流電路,它具有雙重它具有雙重功能，在向逆變器提供直流電源的同時(shí)，還要向蓄電池進(jìn)行充電，因此，功能，在向逆變器提供直流電源的同時(shí)，還要向蓄電池進(jìn)行充電，因此，整流器的輸出電壓必須是可控的。整流器的輸出電壓必須是可控的。3）減少）減少UPS注入電網(wǎng)的諧波電流的方法：注入電網(wǎng)的諧波電流的方法： （1）增加整流電

32、路的相數(shù)）增加整流電路的相數(shù) ； （2）在整流器的輸入側(cè)增加有源或無(wú)源濾波器）在整流器的輸入側(cè)增加有源或無(wú)源濾波器 。4）目前，比較先進(jìn)的）目前，比較先進(jìn)的UPS采用采用PWM整流電路，可以做到注入電網(wǎng)的整流電路，可以做到注入電網(wǎng)的電流基本接近正弦波，使其功率因數(shù)接近電流基本接近正弦波，使其功率因數(shù)接近1，大大降低了，大大降低了UPS對(duì)電網(wǎng)的諧對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。波污染。 概述：概述：電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 UPS電源中的電源中的PWM整流電路整流電路 圖圖7.4.3 單相單相PWM整流電路的原理框圖整流電路的原理框圖在在PWM整流電路的交流輸入端整流電路的交流輸入端AB產(chǎn)生一個(gè)正弦波調(diào)

33、制產(chǎn)生一個(gè)正弦波調(diào)制PWM波波uAB，uAB中除了含有與電源同頻率的基波分量外，還含有與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)的中除了含有與電源同頻率的基波分量外，還含有與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波。由于電感高次諧波。由于電感Ls的濾波作用，這些高次諧波電壓只會(huì)使交流電的濾波作用，這些高次諧波電壓只會(huì)使交流電流流is產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，is為頻率與電源頻率相同的為頻率與電源頻率相同的正弦波。在交流電源電壓正弦波。在交流電源電壓us一定時(shí)，一定時(shí)，is的幅值和相位由的幅值和相位由uAB中基波分量中基波分量的幅值及其與的幅值及其與us的相位差決定。改變的相位差決定。改變uAB中基

34、波分量的幅值和相位，就中基波分量的幅值和相位，就可以使可以使is與與us同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。 7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 直流輸出電壓給定信號(hào)直流輸出電壓給定信號(hào)Ud*和實(shí)際的直流和實(shí)際的直流 電壓電壓Ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，器，PI調(diào)節(jié)器的輸出即為整流器交流輸入電流的幅值，它與標(biāo)準(zhǔn)正弦調(diào)節(jié)器的輸出即為整流器交流輸入電流的幅值，它與標(biāo)準(zhǔn)正弦波相乘后形成交流輸入電流的給定信號(hào)波相乘后形成交流輸入電流的給定信號(hào)i is s* *，i is s* *與實(shí)際的交流輸入電流與實(shí)

35、際的交流輸入電流is進(jìn)行比較，誤差信號(hào)經(jīng)比例調(diào)節(jié)器放大后送入比較器，再與三角載波進(jìn)行比較，誤差信號(hào)經(jīng)比例調(diào)節(jié)器放大后送入比較器，再與三角載波信號(hào)比較形成信號(hào)比較形成PWM信號(hào)。信號(hào)。 該該P(yáng)WM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后去驅(qū)動(dòng)主電路開(kāi)關(guān)器件，便可使實(shí)際的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后去驅(qū)動(dòng)主電路開(kāi)關(guān)器件，便可使實(shí)際的交流輸入電流跟蹤指令值，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。交流輸入電流跟蹤指令值，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。 圖圖7.4.4 直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 單相單相PWM整流電路采用直接電流控制時(shí)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖整流電路采用直接電流控制時(shí)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 UPS電源中的電源中的PWM整流電

36、路整流電路 7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 通常采用輸出電壓諧波系數(shù)通常采用輸出電壓諧波系數(shù)HF來(lái)恒量來(lái)恒量UPS輸出電壓的波輸出電壓的波形質(zhì)量的好壞。電壓諧波系數(shù)定義為：形質(zhì)量的好壞。電壓諧波系數(shù)定義為： 式中：式中： U1為輸出電壓基波分量的有效值，為輸出電壓基波分量的有效值， Un為諧波分量為諧波分量的有效值的有效值。HF越小，則說(shuō)明越小，則說(shuō)明UPS輸出電壓波形越接近理想的正弦波。輸出電壓波形越接近理想的正弦波。%1001 UUHFn電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.4.5 UPS逆變器及其控

37、制原理框圖逆變器及其控制原理框圖 正弦波輸出正弦波輸出UPS通常采用通常采用SPWM逆變器。逆變器。主電路采用全橋逆變電路，對(duì)于小功率主電路采用全橋逆變電路，對(duì)于小功率UPS，開(kāi)關(guān)器件一般為，開(kāi)關(guān)器件一般為MOSFET，而對(duì)于大功率，而對(duì)于大功率UPS，則采用，則采用IGBT。為濾去開(kāi)關(guān)頻率噪聲，輸。為濾去開(kāi)關(guān)頻率噪聲，輸出采用出采用LC濾波電路，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率一般大于濾波電路，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率一般大于20kHz，因此，采用較小的，因此，采用較小的LC濾波器。輸出隔離變壓器實(shí)現(xiàn)逆變器與負(fù)載隔離，避免它們之間電的濾波器。輸出隔離變壓器實(shí)現(xiàn)逆變器與負(fù)載隔離，避免它們之間電的直接聯(lián)系，從而減少干擾。直接聯(lián)

38、系，從而減少干擾。 1 1、電路結(jié)構(gòu)：、電路結(jié)構(gòu)： 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.4.5 UPS逆變器及其控制原理框圖逆變器及其控制原理框圖 市電市電us經(jīng)同步鎖相電路得到與市電同步的經(jīng)同步鎖相電路得到與市電同步的50Hz方波，將其輸入標(biāo)方波，將其輸入標(biāo)準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，便產(chǎn)生與市電同步的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)。該信號(hào)與輸準(zhǔn)正弦波發(fā)生器，便產(chǎn)生與市電同步的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)。該信號(hào)與輸出有效值調(diào)節(jié)器的輸出相乘后得到輸出電壓瞬時(shí)值給定信號(hào)出有效值調(diào)節(jié)器的輸出相乘后得到輸出電壓瞬時(shí)值給定信號(hào)u*，再與，再與輸出電壓瞬時(shí)值反饋信號(hào)輸出電壓瞬時(shí)值反饋信號(hào)uf相減

39、，誤差信號(hào)經(jīng)相減，誤差信號(hào)經(jīng)P調(diào)節(jié)器后，再與三角載調(diào)節(jié)器后，再與三角載波信號(hào)相比較，得到波信號(hào)相比較，得到PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路后分別去驅(qū)動(dòng)主信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電路后分別去驅(qū)動(dòng)主電路的開(kāi)關(guān)器件，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。電路的開(kāi)關(guān)器件，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。 2 2、工作原理：、工作原理： 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.4.4UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)開(kāi)關(guān) 1、工作原理：、工作原理：為了進(jìn)一步提高為了進(jìn)一步提高UPS電源的可靠性，在線(xiàn)式電源的可靠性，在線(xiàn)式UPS均裝有靜態(tài)開(kāi)關(guān)，將市均裝有靜態(tài)開(kāi)關(guān)，將市電作為電作為UPS的后備電源，

40、在的后備電源，在UPS發(fā)生故障或維護(hù)檢修時(shí)，無(wú)間斷地將負(fù)載切發(fā)生故障或維護(hù)檢修時(shí)，無(wú)間斷地將負(fù)載切換到市電上，由市電直接供電。換到市電上，由市電直接供電。2、電路結(jié)構(gòu)：、電路結(jié)構(gòu)：靜態(tài)開(kāi)關(guān)的主電路一般由兩只晶閘管開(kāi)關(guān)反并聯(lián)組成，靜態(tài)開(kāi)關(guān)的主電路一般由兩只晶閘管開(kāi)關(guān)反并聯(lián)組成，圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)的靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理圖開(kāi)關(guān)原理圖 一只晶閘管用于通過(guò)正半周一只晶閘管用于通過(guò)正半周電流，另一只晶閘管則用于通電流，另一只晶閘管則用于通過(guò)負(fù)半周電流。過(guò)負(fù)半周電流。3、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：1）同步切換：先通后斷；）同步切換：先通后斷；2）非同步切換）非同步切換 ：先

41、斷后通：先斷后通 ； 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理圖的靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理圖 3 3、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：1）同步切換：先通后斷）同步切換：先通后斷工作原理：切換時(shí)，首先觸發(fā)靜態(tài)開(kāi)關(guān)工作原理：切換時(shí)，首先觸發(fā)靜態(tài)開(kāi)關(guān)2，使之導(dǎo)通，然，使之導(dǎo)通，然后再封鎖靜態(tài)開(kāi)關(guān)后再封鎖靜態(tài)開(kāi)關(guān)1的觸發(fā)脈沖，因此，靜態(tài)開(kāi)關(guān)的觸發(fā)脈沖，因此，靜態(tài)開(kāi)關(guān)1和靜態(tài)開(kāi)和靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)2同時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)，市電和逆變器同時(shí)向負(fù)載供電。同時(shí)導(dǎo)通，此時(shí)，市電和逆變器同時(shí)向負(fù)載供電。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 能保證在切換的過(guò)程中能保證在切換的過(guò)程中供電不間斷。供電不間斷。 在切換的

42、過(guò)程中，逆變?cè)谇袚Q的過(guò)程中，逆變器必須跟蹤市電的頻率、相器必須跟蹤市電的頻率、相位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，燒壞逆變器。燒壞逆變器。7.4.4UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)開(kāi)關(guān) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理圖的靜態(tài)開(kāi)關(guān)原理圖 2 2）非同步切換）非同步切換 ：先斷后通：先斷后通工作原理：工作原理：先封鎖正在導(dǎo)通的靜態(tài)開(kāi)先封鎖正在導(dǎo)通的靜態(tài)開(kāi)關(guān)觸發(fā)脈沖，延遲一段時(shí)間，關(guān)觸發(fā)脈沖，延遲一段時(shí)間，待導(dǎo)通的靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，再待導(dǎo)通的靜態(tài)開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，再觸發(fā)另外一路靜態(tài)開(kāi)關(guān)。觸發(fā)另外一路靜態(tài)開(kāi)關(guān)。特點(diǎn)：特點(diǎn)：會(huì)造成負(fù)載短時(shí)間斷電。會(huì)造成負(fù)載

43、短時(shí)間斷電。 3 3、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：、靜態(tài)開(kāi)關(guān)的切換方式：7.4.4UPS的靜態(tài)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)開(kāi)關(guān) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置1、組成：、組成：由電力電子器件與儲(chǔ)能元件構(gòu)成。由電力電子器件與儲(chǔ)能元件構(gòu)成。2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：在于能快速

44、調(diào)節(jié)容性和感性無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。3、應(yīng)用：、應(yīng)用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)干擾、重常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)干擾、重負(fù)荷突然投切造成的無(wú)功功率強(qiáng)烈變化。負(fù)荷突然投切造成的無(wú)功功率強(qiáng)烈變化。4、分類(lèi)：、分類(lèi)：（1）采用晶閘管開(kāi)關(guān)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置：采用晶閘管開(kāi)關(guān)的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置： 晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（ Thyristor Controlled Reactor TCR） 晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（Thyristor SwitchedCapacitor TSC） （2）采用自換相變

45、流器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置：采用自換相變流器的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置：靜止無(wú)功發(fā)生器（靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var GeneratorSVG）高級(jí)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（高級(jí)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（AdTanced Static Var CompensatorASVC）。）。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.5.1晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(TCR) 圖圖7.5.1 TCR的基本原理圖的基本原理圖 基本原理：基本原理： 單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)

46、于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)。路結(jié)構(gòu)。 工作原理和不同觸發(fā)角時(shí)的工作波形與交流調(diào)壓電路完工作原理和不同觸發(fā)角時(shí)的工作波形與交流調(diào)壓電路完全相同。全相同。電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 圖圖7.5.2 TSC單相機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖單相機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖 工作原理：工作原理： TSC由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的靜態(tài)開(kāi)關(guān)與電容器串聯(lián)組成。由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的靜態(tài)開(kāi)關(guān)與電容器串聯(lián)組成。 TSCTSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)控制電路檢測(cè)到電網(wǎng)需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，與電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)控制電路檢測(cè)到電網(wǎng)需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開(kāi)關(guān)并使之導(dǎo)通，這樣，便將電容器

47、接入電觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開(kāi)關(guān)并使之導(dǎo)通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；當(dāng)電網(wǎng)不需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，關(guān)斷晶閘管網(wǎng)，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償；當(dāng)電網(wǎng)不需要無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，關(guān)斷晶閘管靜態(tài)開(kāi)關(guān)，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。靜態(tài)開(kāi)關(guān)，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。 因此，因此，TSCTSC實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無(wú)功功率的實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 1、TSC主電路主電路 一般將電容器分成幾組，每組均一般將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖可由晶閘管投切，如圖8.4.3所示。電所示。電容器分組通常采用二進(jìn)制方案，即采容器分組通常

48、采用二進(jìn)制方案，即采用用n-1個(gè)電容值為個(gè)電容值為C的電容和一個(gè)電容的電容和一個(gè)電容值為值為C/2的電容，這樣的分組可以使組的電容，這樣的分組可以使組合成的電容值有合成的電容值有2n級(jí)。級(jí)。 2、零電壓投入問(wèn)題、零電壓投入問(wèn)題 為使補(bǔ)償電容器的投入與切除過(guò)為使補(bǔ)償電容器的投入與切除過(guò)程不引發(fā)主電路的涌流沖擊，必須選程不引發(fā)主電路的涌流沖擊，必須選擇準(zhǔn)備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)擇準(zhǔn)備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)線(xiàn)電壓的正或負(fù)峰值且電壓極性相同線(xiàn)電壓的正或負(fù)峰值且電壓極性相同的時(shí)刻，切除時(shí)只要撤消觸發(fā)信號(hào)即的時(shí)刻，切除時(shí)只要撤消觸發(fā)信號(hào)即可，開(kāi)關(guān)在電流過(guò)零之后會(huì)自行關(guān)斷?？?，開(kāi)關(guān)在電流過(guò)零之后會(huì)自

49、行關(guān)斷。 圖圖7.5.3 TSC主電路主電路 圖圖7.5.4 晶閘管電壓過(guò)零觸發(fā)晶閘管電壓過(guò)零觸發(fā)電路示意圖電路示意圖 7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 3、電容器投切判據(jù)與信號(hào)檢測(cè)、電容器投切判據(jù)與信號(hào)檢測(cè) 在圖在圖7.5.5中設(shè)節(jié)點(diǎn)相電壓為：中設(shè)節(jié)點(diǎn)相電壓為： tUtup sin2)(圖圖7.5.5 節(jié)點(diǎn)相電壓與負(fù)載電流節(jié)點(diǎn)相電壓與負(fù)載電流 負(fù)載電流為：負(fù)載電流為： )()(cossin2sincos2)(tititItItiqpL 上式中，上式中，ip(t)和和iq(t)分別為有功電流分量和無(wú)功電流分量。當(dāng)分別為有功電流分量和無(wú)功電流分

50、量。當(dāng)t=2k時(shí)：時(shí)：QMLIIki sin2)2( 可見(jiàn)，只要測(cè)量在相電壓正向過(guò)零時(shí)刻的負(fù)載電流，就可知對(duì)應(yīng)的可見(jiàn)，只要測(cè)量在相電壓正向過(guò)零時(shí)刻的負(fù)載電流，就可知對(duì)應(yīng)的無(wú)功電流最大值無(wú)功電流最大值IQM。這種無(wú)功電流檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、快速（在一個(gè)周期內(nèi)。這種無(wú)功電流檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、快速（在一個(gè)周期內(nèi)只要采樣一次）。只要采樣一次）。（1）以無(wú)功電流為投切判據(jù)）以無(wú)功電流為投切判據(jù)7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置（1）以無(wú)功電流為投切判據(jù)）以無(wú)功電流為投切判據(jù)tUCdtduCipc cos2 tItIiQMq coscossin2 UICQM 2 上

51、式上式C即為全補(bǔ)償所需投切的電容量，即為全補(bǔ)償所需投切的電容量，C為負(fù)值，則是切除相應(yīng)為負(fù)值，則是切除相應(yīng)容量的電容器；反之，則應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器。容量的電容器；反之，則應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器。 圖圖7.5.6中，電壓信號(hào)經(jīng)濾波后由中，電壓信號(hào)經(jīng)濾波后由過(guò)零脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生相電壓，正向過(guò)零脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生相電壓，正向過(guò)零脈沖信號(hào)，作為采樣保持器的采過(guò)零脈沖信號(hào)，作為采樣保持器的采樣開(kāi)關(guān)信號(hào)，于是采樣保持器的輸出樣開(kāi)關(guān)信號(hào)，于是采樣保持器的輸出就是無(wú)功電流幅值。就是無(wú)功電流幅值。 圖圖7.5.5中，中，iL=ic+is ，如果使，如果使iq=ic ，則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償。則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償。圖圖7

52、.5.6 無(wú)功電流為投切判據(jù)的無(wú)功電流為投切判據(jù)的檢測(cè)電路原理圖檢測(cè)電路原理圖 由由和和可得可得7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置（2）以無(wú)功功率為投切判據(jù)）以無(wú)功功率為投切判據(jù) 可讓單片機(jī)通過(guò)可讓單片機(jī)通過(guò)/轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)和信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行次采轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)和信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行次采樣，得到樣，得到 2個(gè)數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行下述離散運(yùn)算得到個(gè)數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行下述離散運(yùn)算得到UBC、IA和和PBC ： NkAkBCiNI121 NkBCkBCuNU121 NkAkBCkBCiuNP11 對(duì)于對(duì)稱(chēng)三相補(bǔ)償，只要取任意兩相電壓對(duì)于對(duì)稱(chēng)三相補(bǔ)償，只要取任意兩相電

53、壓（線(xiàn)電壓）和另一相電流，就可測(cè)得無(wú)功功率。（線(xiàn)電壓）和另一相電流，就可測(cè)得無(wú)功功率。圖圖7.5.7 檢測(cè)檢測(cè)A相電流相電流BC相線(xiàn)電壓向量圖相線(xiàn)電壓向量圖2)(1ABCBCIUPPF 由于由于PBC=UBCIAsin，則功率因數(shù)為，則功率因數(shù)為:7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置 4、控制器原理框圖、控制器原理框圖 圖圖7.5.8 TSC控制器原理框圖控制器原理框圖 TSC的控制器主要由單片機(jī)、鍵盤(pán)接口電路、液晶顯示接口電路、的控制器主要由單片機(jī)、鍵盤(pán)接口電路、液晶顯示接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、同步電壓檢測(cè)、電壓電流和頻率檢測(cè)，還有觸發(fā)電路等數(shù)據(jù)

54、存儲(chǔ)器、同步電壓檢測(cè)、電壓電流和頻率檢測(cè)，還有觸發(fā)電路等部分組成。該控制器硬件的原理方框圖如圖部分組成。該控制器硬件的原理方框圖如圖7.5.8所示。所示。 7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.5.3靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG) 工作原理工作原理 圖圖7.5.9 SVG基本電路結(jié)構(gòu)基本電路結(jié)構(gòu) 適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)以使該電路吸收或者發(fā)出滿(mǎn)足要求的無(wú)功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。功補(bǔ)償?shù)哪康摹?圖圖7.5.9

55、給出了采用自換相電壓型橋式的給出了采用自換相電壓型橋式的SVG基本電路結(jié)構(gòu)?；倦娐方Y(jié)構(gòu)。電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置圖圖7.5.10 SVG等效電路及其工作原理等效電路及其工作原理 通過(guò)同步電路控制，使通過(guò)同步電路控制，使 與與 同頻同相，然后改變同頻同相，然后改變 的幅值大小即可以控制的幅值大小即可以控制SVGSVG從電網(wǎng)吸收的電流從電網(wǎng)吸收的電流 是超前還是滯是超前還是滯后后9090，并且還能控制該電流的大小。，并且還能控制該電流的大小。 sU.Uo.I 僅考慮基波頻率時(shí)僅考慮基波頻率時(shí) SVG工作原理可以用圖工作原理可以用圖7.5.10（a）所）所示的單相等效電路來(lái)說(shuō)明。示的單相等效

56、電路來(lái)說(shuō)明。 當(dāng)當(dāng) 大于大于 時(shí)，電流時(shí)，電流超前電壓超前電壓90，SVG吸吸收容性無(wú)功功率；收容性無(wú)功功率； 當(dāng)當(dāng) 小于小于 時(shí)，電時(shí)，電流滯后電壓流滯后電壓90，SVG吸收感性無(wú)功功率。吸收感性無(wú)功功率。.UosU.sU.7.5.3靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG) 工作原理工作原理 .Uo.Uo電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置n 7.6

57、 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.6變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置 可以看出：若均勻地改變定子頻率可以看出：若均勻地改變定子頻率 ，則可以平滑地，則可以平滑地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速的性能最好，使在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速的性能最好，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)相媲美，同時(shí)效率高，得交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)相媲美，同時(shí)效率高，是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。 由交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：由交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：PSfn/ )1(60 f電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變

58、頻調(diào)速的基本控制方式 （1）基頻以下的變頻調(diào)速）基頻以下的變頻調(diào)速（2）基頻以上的變頻調(diào)速）基頻以上的變頻調(diào)速（3）轉(zhuǎn)差頻率控制）轉(zhuǎn)差頻率控制（4）矢量控制）矢量控制（5）控制直接轉(zhuǎn)矩）控制直接轉(zhuǎn)矩 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置（1）基頻以下的變頻調(diào)速）基頻以下的變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電動(dòng)勢(shì)為：三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電動(dòng)勢(shì)為： 式中：式中： E定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值；定子每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值；f定子電源頻率；定子電源頻率；N定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KW基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)；m每極氣隙磁通量。每極氣隙磁通量。mWfNKE44. 4 m（7.6.1） 當(dāng)當(dāng)U不

59、變時(shí)，隨著電源輸入頻率的降低，將會(huì)相應(yīng)增加。在調(diào)速的過(guò)不變時(shí)，隨著電源輸入頻率的降低，將會(huì)相應(yīng)增加。在調(diào)速的過(guò)程中，隨著輸入電源的頻率降低，必須相應(yīng)地改變定子電壓程中，隨著輸入電源的頻率降低，必須相應(yīng)地改變定子電壓U， 以保證氣以保證氣隙磁通不超過(guò)設(shè)計(jì)值。隙磁通不超過(guò)設(shè)計(jì)值。 如果使如果使 =常數(shù)，則在調(diào)速過(guò)程中可維持常數(shù)，則在調(diào)速過(guò)程中可維持 近似不變，這就是近似不變，這就是恒壓頻比控制方式。恒壓頻比控制方式。 fU7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本控制方式 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置（2）基頻以上的變頻調(diào)速）基頻以上的變頻調(diào)速 當(dāng)電壓當(dāng)電壓U一定時(shí)，電機(jī)的氣隙磁通隨著頻率一

60、定時(shí)，電機(jī)的氣隙磁通隨著頻率f的升高成的升高成比例下降，類(lèi)似直流電機(jī)的弱磁調(diào)速，因此，基頻以上的比例下降，類(lèi)似直流電機(jī)的弱磁調(diào)速，因此，基頻以上的調(diào)速屬恒功率調(diào)速。調(diào)速屬恒功率調(diào)速。mWfNKE44. 4 電源頻率從基頻向上提高，可使電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。電源頻率從基頻向上提高，可使電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。 由由于電機(jī)的電壓不能超過(guò)其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻于電機(jī)的電壓不能超過(guò)其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻時(shí)，時(shí)，U只能保持在額定值。只能保持在額定值。根據(jù)式根據(jù)式(7.6.1)：7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本控制方式 電力電子技術(shù)第4版電力電子裝置7.6.2變頻調(diào)速裝置的分類(lèi)變頻調(diào)速裝置