組合變流電路

1、電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組1第八章第八章 組合變流電路組合變流電路 電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組2第八章第八章 組合變流電路組合變流電路引言引言v基本的變流電路基本的變流電路 第第25章分別介紹的章分別介紹的AC/DC、DC/DC、AC/AC和和DC/AC四大類四大類基本的變流電路基本的變流電路 。v組合變流電路組合

2、變流電路 將某幾種基本的變流電路組合起來，以實現(xiàn)一定的新將某幾種基本的變流電路組合起來，以實現(xiàn)一定的新功能，即構(gòu)成功能，即構(gòu)成組合變流電路組合變流電路。v間接交流變流電路間接交流變流電路 先將交流電整流為直流電，再將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，是先將交流電整流為直流電，再將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，是先先整流后逆變整流后逆變的組合。的組合。 v間接直流變流電路間接直流變流電路 先將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，再將交流電整流為直流電，先將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡賹⒔涣麟娬鳛橹绷麟?，是是先逆變后整流先逆變后整流的組合。的組合。 電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:

3、/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組3第一節(jié)第一節(jié) 間接交流變流電路間接交流變流電路v間接交流變流電路由整流電路、中間直流電路間接交流變流電路由整流電路、中間直流電路和逆變電路構(gòu)成和逆變電路構(gòu)成。v分為分為電壓型電壓型間接交流變流電路和間接交流變流電路和電流型電流型間接交間接交流變流電路流變流電路間接交流變流電路的逆變部分多采用間接交流變流電路的逆變部分多采用 PWM控制控制。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組4第一節(jié)第一

4、節(jié) 間接交流變流電路間接交流變流電路電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組5一一. 間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理v當(dāng)負載為電動機時，通常要求間接交流變流電路具有當(dāng)負載為電動機時，通常要求間接交流變流電路具有再再生反饋電力生反饋電力的能力，要求輸出電壓的大小和頻率可調(diào)，的能力，要求輸出電壓的大小和頻率可調(diào)，此時該電路又名此時該電路又名交直交變頻電路交直交變頻電路。 不能再生反饋電力不能再生反饋電力的電壓型間接交流變流電路的整流部分的電壓型間接交流變流電路的

5、整流部分采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路輸送功率，采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路輸送功率，而不能反饋電力。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，而不能反饋電力。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，若負載能量反饋到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，若負載能量反饋到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為稱為泵升電壓泵升電壓。1.電壓型間接交流電壓型間接交流 變流電路變流電路圖圖8-1 8-1 不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http

6、:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組6一一. 間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理v使電路具備使電路具備再生反饋電力再生反饋電力的的能力的方法能力的方法 ：l 帶有帶有泵升電壓限制電路泵升電壓限制電路的電壓的電壓型間接交流變流電路。型間接交流變流電路。 當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時，使使V V0 0導(dǎo)通，把從負載反饋的能量導(dǎo)通，把從負載反饋的能量消耗在消耗在R R0 0上。上。圖圖8 82 2 帶有泵升電壓限制電路帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路的電壓型間接交流變流電路l 利用利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋可控變流器實現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流

7、變流電路。的電壓型間接交流變流電路。 當(dāng)負載回饋能量時，可控變流當(dāng)負載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能反饋回電網(wǎng)。反饋回電網(wǎng)。圖圖8 83 3 利用可控變流器實現(xiàn)再生利用可控變流器實現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路反饋的電壓型間接交流變流電路電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組7一一. 間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理l整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制控制的的電壓型間接交流變流電路。電壓型間接交流變流電路

8、。 整流和逆變電路的構(gòu)成完整流和逆變電路的構(gòu)成完全相同，均采用全相同，均采用PWM控制，能控制，能量可雙向流動。輸入輸出電流量可雙向流動。輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實現(xiàn)電動機四象限運行。且可實現(xiàn)電動機四象限運行。圖圖8 84 4 整流和逆變均為整流和逆變均為PWMPWM控制控制的電壓型間接交流變流電路的電壓型間接交流變流電路電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組8一一. 間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理2.電流型

9、間接交流變流電路電流型間接交流變流電路l 整流電路為不可控的二極管整流電路為不可控的二極管整流時，電路不能將負載側(cè)整流時，電路不能將負載側(cè)的能量反饋到電源側(cè)。的能量反饋到電源側(cè)。 圖圖8-5 8-5 不能再生反饋電力的不能再生反饋電力的電流型間接交流變流電路電流型間接交流變流電路圖圖8-6 采用可控整流的采用可控整流的電流型間接交流變流電路電流型間接交流變流電路l 為使電路具備再生反饋電為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用：力的能力，可采用： 整流電路采用晶閘管可整流電路采用晶閘管可控整流電路。控整流電路。 負載回饋能量時，可控負載回饋能量時，可控變流器工作于有源逆變變流器工作于有源逆變狀態(tài)

10、，使?fàn)顟B(tài)，使中間直流電壓中間直流電壓反極性。反極性。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組9一一. 間接交流變流電路原理間接交流變流電路原理整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控控制的電流型間接交流變流制的電流型間接交流變流電路電路通過對整流電路的通過對整流電路的PWM控制使輸入電流為正弦控制使輸入電流為正弦并使輸入功率因數(shù)為并使輸入功率因數(shù)為1。圖圖8-8 8-8 整流和逆變均為整流和逆變均為PWMPWM控制控制的電流型間接交流變流電路的電流型間接交流變流電路圖圖8

11、-7 8-7 電流型交電流型交- -直直- -交交PWMPWM變頻電路變頻電路 實現(xiàn)再生反饋的電路圖實現(xiàn)再生反饋的電路圖負載為三相異步電動機，負載為三相異步電動機，適用于較大容量的場合。適用于較大容量的場合。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組10二二. 交直交變頻器交直交變頻器l晶閘管晶閘管直流直流電動機傳動系統(tǒng)存在一些固有的電動機傳動系統(tǒng)存在一些固有的缺點缺點：(1) 受使用環(huán)境條件制約；受使用環(huán)境條件制約；(2) 需要定期維護；需要定期維護；(3) 最高速度

12、最高速度和容量受限制等。和容量受限制等。l交流交流調(diào)速傳動系統(tǒng)除了克服直流調(diào)速傳動系統(tǒng)的缺點外調(diào)速傳動系統(tǒng)除了克服直流調(diào)速傳動系統(tǒng)的缺點外還具有：還具有：(1) 交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；交流電動機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；(2) 節(jié)能；節(jié)能；(3) 高精度，快速響應(yīng)等優(yōu)點。高精度，快速響應(yīng)等優(yōu)點。l采用變頻調(diào)速方式時，無論電機轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的采用變頻調(diào)速方式時，無論電機轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，具有顯著的節(jié)能效果，是交流調(diào)速傳動應(yīng)用最多的一種具有顯著的節(jié)能效果，是交流調(diào)速傳動應(yīng)用最多的一種方式。方

13、式。l籠型異步電動機的定子頻率控制方式，有：籠型異步電動機的定子頻率控制方式，有：(1) 恒壓頻恒壓頻比比(U/f)控制；控制；(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制；轉(zhuǎn)差頻率控制；(3) 矢量控制；矢量控制；(4) 直直接轉(zhuǎn)矩控制等。接轉(zhuǎn)矩控制等。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組11二二. 交直交變頻器交直交變頻器1.恒壓頻比控制恒壓頻比控制l為避免電動機因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流為避免電動機因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵磁電流增大增大,引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變

14、頻器的電引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定，即恒壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額定值。壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額定值。恒壓頻比控制是比較簡單，被廣泛采用的控制方式。恒壓頻比控制是比較簡單，被廣泛采用的控制方式。該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場合。機械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場合。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http

15、:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組12二二. 交直交變頻器交直交變頻器轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率f 指令值，同時經(jīng)過適當(dāng)分指令值，同時經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓壓，作為定子電壓U1的指令值。該比例決定了的指令值。該比例決定了U/f比值，可以比值，可以保證壓頻比為恒定。保證壓頻比為恒定。在給定信號之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號轉(zhuǎn)換為在給定信號之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號轉(zhuǎn)換為按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號ugt，從而使電動機的電壓和，從而使電動機的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地升高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。轉(zhuǎn)速都平緩地升

16、高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。圖圖8-9 8-9 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組13二二. 交直交變頻器交直交變頻器給定積分器輸出的極性代表電機轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、給定積分器輸出的極性代表電機轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、頻率。絕對值變換器輸出頻率。絕對值變換器輸出u ugtgt的絕對值的絕對值u uabsabs，電壓頻率控制環(huán)，電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù)節(jié)根據(jù)u uabsabs及及u ugtgt的極性得

17、出電壓及頻率的指令信號，經(jīng)的極性得出電壓及頻率的指令信號，經(jīng)PWMPWM生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的PWMPWM信號，再經(jīng)驅(qū)動電路控制變信號，再經(jīng)驅(qū)動電路控制變頻器中頻器中IGBTIGBT的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。交流電壓，從而控制交流電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。圖圖8-9 8-9 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖

18、學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組14二二. 交直交變頻器交直交變頻器2.轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制l在穩(wěn)態(tài)情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時，異步電機電在穩(wěn)態(tài)情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時，異步電機電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。因此，控制磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。因此，控制w ws就相就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率子頻率w w 1 = w wr + w ws ，則，則w w 1隨實際轉(zhuǎn)速隨實際轉(zhuǎn)速w wr增加或減小，增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍。得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍。l轉(zhuǎn)差頻率控制方

19、式可達到較好的靜態(tài)性能，但這種方轉(zhuǎn)差頻率控制方式可達到較好的靜態(tài)性能，但這種方法是基于穩(wěn)態(tài)模型的，得不到理想的動態(tài)性能。法是基于穩(wěn)態(tài)模型的，得不到理想的動態(tài)性能。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組15二二. 交直交變頻器交直交變頻器3.矢量控制矢量控制l異步電動機的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強耦合的多異步電動機的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計方法無法達到理想的動態(tài)性能。變量系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計方法無法達到理想的動態(tài)性能。l矢量控制方式基于異步電機的

20、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)矢量控制方式基于異步電機的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)模型，將定子電流分解為勵磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩模型，將定子電流分解為勵磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨立地對分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨立地對兩個電流分量進行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉兩個電流分量進行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。環(huán)控制方式。控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅??？刂菩阅堋ｋ娏﹄娮蛹夹g(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/

21、電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組16二二. 交直交變頻器交直交變頻器4.直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動態(tài)模型的，其控制閉直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動態(tài)模型的，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用砰環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用砰砰控砰控制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動態(tài)響應(yīng)。并且控制相對要制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動態(tài)響應(yīng)。并且控制相對要簡單許多。簡單許多。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組17三三. 恒壓恒頻恒壓恒頻(

22、CVCF)電源電源vCVCF電源主要用作不間斷電源電源主要用作不間斷電源( (UPS) 。 UPS -Uninterruptible Power SuppliesvUPS是指當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱為市電）發(fā)生異常是指當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，或斷電時，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負載供電不受影響的裝置使負載供電不受影響的裝置。vUPS廣泛應(yīng)用于各種對交流供電可靠性和供電質(zhì)量要廣泛應(yīng)用于各種對交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場合。求高的場合。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路h

23、ttp:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組18三三. 恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)電源電源1.UPS基本基本工作原理工作原理:圖圖8-10 UPS8-10 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖基本結(jié)構(gòu)原理圖 市電正常時，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再市電正常時，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再逆變?yōu)槟孀優(yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負載供電。同時，整流恒頻恒壓的交流電向負載供電。同時，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。 此時負載可得到的高質(zhì)量的交流電壓，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性此時負載可得到的高質(zhì)量的交流電壓，

24、具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 市電異常乃至停電時，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒市電異常乃至停電時，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負載供電，供電時間取決于蓄電池容頻恒壓交流電繼續(xù)向負載供電，供電時間取決于蓄電池容量的大小。量的大小。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組19三三. 恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)電源電源圖圖8-12 8-12 具有旁路電源系統(tǒng)的具有旁路電源系統(tǒng)的UPSUPS 增加旁路電源系統(tǒng)，增加旁

25、路電源系統(tǒng)，可使負載供電可靠性可使負載供電可靠性進一步提高。進一步提高。圖圖8-11 8-11 用柴油發(fā)電機作用柴油發(fā)電機作為后備電源的為后備電源的UPSUPS 為了保證長時間不間為了保證長時間不間斷供電，可采用柴油斷供電，可采用柴油發(fā)電機（簡稱油機）發(fā)電機（簡稱油機）作為后備電源。作為后備電源。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組20三三. 恒壓恒頻恒壓恒頻(CVCF)電源電源2.UPS主電路結(jié)構(gòu)主電路結(jié)構(gòu)圖圖8-13 8-13 小容量小容量UPSUPS主電路主

26、電路 小容量的小容量的UPS，整流部，整流部分使用二極管整流器和分使用二極管整流器和直流斬波器直流斬波器(PFC)，可獲，可獲得較高的交流輸入功率得較高的交流輸入功率因數(shù)，逆變器部分使用因數(shù)，逆變器部分使用IGBT并采用并采用PWM控制，控制，可獲得良好的控制性能?？色@得良好的控制性能。圖圖8-14 8-14 大功率大功率UPSUPS主電路主電路 大容量大容量UPS主電路。采主電路。采用用PWM控制的逆變器開控制的逆變器開關(guān)頻率較低，通過多重關(guān)頻率較低，通過多重化聯(lián)結(jié)降低輸出電壓中化聯(lián)結(jié)降低輸出電壓中的諧波分量。的諧波分量。 電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八

27、章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組21第二節(jié)第二節(jié). 間接直流變流電路間接直流變流電路v采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因：采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因：輸出端與輸入端需要隔離。輸出端與輸入端需要隔離。某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于輸出電壓與輸入電壓的比例遠小于1或遠大于或遠大于1。交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。工作頻率高于感、濾波電容的體積和重量。工作頻率高于20kHz這一人這一人耳

28、的聽覺極限，可避免變壓器和電感產(chǎn)生噪音。耳的聽覺極限，可避免變壓器和電感產(chǎn)生噪音。變壓器變壓器整流整流電路電路濾波器濾波器直流直流交流交流交流交流脈動直流脈動直流直流直流逆變逆變電路電路圖圖 8-15 8-15 間接直流變流電路的結(jié)構(gòu)間接直流變流電路的結(jié)構(gòu) 間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣?，再整流間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣鳎僬鳛橹绷麟?，也稱為直為直流電，也稱為直-交交-直電路。直電路。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組22第二節(jié)第二節(jié) 間接直流

29、變流電路間接直流變流電路電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組23一一. 正激電路正激電路圖圖 8-16 8-16 正激電路的原理圖正激電路的原理圖圖圖 8-17 8-17 正激電路的理想化波形正激電路的理想化波形SuSiLiSOttttUiOOO 開關(guān)開關(guān)S S開通后，變壓器繞組開通后，變壓器繞組WW1 1兩端的電壓為上正下負，與其兩端的電壓為上正下負，與其耦合的耦合的WW2 2繞組兩端的電壓也繞組兩端的電壓也是上正下負。因此是上正下負。因此VDVD1 1處于通處

30、于通態(tài)，態(tài)，VDVD2 2為斷態(tài)，電感為斷態(tài)，電感L L的電的電流逐漸增長；流逐漸增長； S S關(guān)斷后，電感關(guān)斷后，電感L L通過通過VDVD2 2續(xù)流，續(xù)流，VDVD1 1關(guān)斷。變壓器的勵磁電流關(guān)斷。變壓器的勵磁電流經(jīng)經(jīng)N N3 3繞組和繞組和VDVD3 3流回電源，所流回電源，所以以S S關(guān)斷后承受的電壓關(guān)斷后承受的電壓為為 。iSUNNu)1 (311.正激電路正激電路(Forward)的工作過程的工作過程電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組24一一. 正激

31、電路正激電路BRBSBHO圖圖 8-18 8-18 磁心復(fù)位過程磁心復(fù)位過程輸出電壓輸出電壓輸出濾波電輸出濾波電感電流連續(xù)感電流連續(xù)的情況下的情況下輸出電感電輸出電感電流不連續(xù)時流不連續(xù)時TtNNUUon12ioi12oUNNU2.變壓器的磁心復(fù)位變壓器的磁心復(fù)位on31rsttNNtl開關(guān)開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨時間線性的增長，直由零開始，隨時間線性的增長，直到到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的時間內(nèi)降關(guān)斷后到下一次再開通的時間內(nèi)降回零，這一過程稱為

32、回零，這一過程稱為變壓器的磁心變壓器的磁心復(fù)位復(fù)位。l變壓器的磁心復(fù)位時間為變壓器的磁心復(fù)位時間為電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組25二二. 反激電路反激電路1.工作過程：工作過程：圖圖 8-20 8-20 反激電路的理想化波形反激電路的理想化波形 SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO圖圖 8-19 8-19 反激電路原理圖反激電路原理圖 S開通后，開通后，VD處于斷態(tài)，處于斷態(tài)，W1繞組的電流線性增繞組的電流線性增長，電感儲能增加；長，電感儲能

33、增加； S關(guān)斷后，關(guān)斷后，W1繞組的電繞組的電流被切斷，變壓器中的流被切斷，變壓器中的磁場能量通過磁場能量通過W2繞組繞組和和VD向輸出端釋放。向輸出端釋放。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組26二二. 反激電路反激電路2.反激電路的工作模式：反激電路的工作模式： 電流連續(xù)模式：當(dāng)電流連續(xù)模式：當(dāng)S S開通時，開通時，WW2 2繞組中的電流繞組中的電流尚未下降到尚未下降到零零。輸出電壓關(guān)系：輸出電壓關(guān)系： 電流斷續(xù)模式：電流斷續(xù)模式：S開通前，開通前，W2繞組中

34、的電流繞組中的電流已經(jīng)下降到零已經(jīng)下降到零。 輸出電壓高于式（輸出電壓高于式（8-3）的計）的計算值，并隨負載減小而升高，算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況在負載為零的極限情況下，下， ，因此反激電路，因此反激電路不應(yīng)工作于負載開路狀態(tài)。不應(yīng)工作于負載開路狀態(tài)。offon12iottNNUUoU(8-3)圖圖 8-20 8-20 反激電路的理想化波形反激電路的理想化波形 SuSiSiVDtontoffttttUiOOOO圖圖 8-19 8-19 反激電路原理圖反激電路原理圖 電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友

35、http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組27三三. 半橋電路半橋電路lS1與與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為形成幅值為Ui/2的交流電壓。改變的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓整流電壓ud的平均值，也就改變了的平均值，也就改變了輸出電壓輸出電壓Uo。lS1導(dǎo)通時，二極管導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)，處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時，二極管導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)處于通態(tài);l當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組N1中的電流為零，中的電流為零，VD1和和VD2都處于都處于通態(tài)，各分

36、擔(dān)一半的電流。通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。lS1或或S2導(dǎo)通時電感導(dǎo)通時電感L的電流逐漸上升，的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感L的電流逐的電流逐漸下降。漸下降。S1和和S2斷態(tài)時承受的峰值斷態(tài)時承受的峰值電壓均為電壓均為Ui。1.工作過程工作過程圖圖 8-21 8-21 半橋電路原理圖半橋電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-22 8-22 半橋電路的理想化波形半橋電路的理想化波形電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友

37、http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組28三三. 半橋電路半橋電路2.數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系l 由于電容的隔直作用，半橋電路對由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。變壓器的偏磁和直流磁飽和。圖圖 8-21 8-21 半橋電路原理圖半橋電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-22 8-22 半橋電路的理想

38、化波形半橋電路的理想化波形當(dāng)濾波電感當(dāng)濾波電感L L的電流連續(xù)時：的電流連續(xù)時： 如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓U U0 0將高于式（將高于式（8-48-4）的計算值，并隨負）的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況載減小而升高，在負載為零的極限情況下，下， TtNNUUon12io2i12oUNNU (8-4)(8-4)電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組29四四. 全橋電路全橋電路l全橋電路中，互為對角的兩個開關(guān)全橋

39、電路中，互為對角的兩個開關(guān)同同時時導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。輸出電壓。l當(dāng)當(dāng)S1與與S4開通后，開通后，VD1和和VD4處于通態(tài)，處于通態(tài)，電感電感L的電流逐漸上升；的電流逐漸上升；lS2與與S3開通后，二極管開通后，二極管VD2和和VD3處于處于通態(tài)，電感通態(tài)，電感L的電流也上升。的電流也上升。l當(dāng)當(dāng)4個開關(guān)都關(guān)斷時，個開關(guān)都關(guān)斷時，4個二極管都處個二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電

40、感感L的電流逐漸下降。的電流逐漸下降。S1和和S2斷態(tài)時承斷態(tài)時承受的峰值電壓均為受的峰值電壓均為Ui。1.工作過程工作過程圖圖 8-23 8-23 全橋電路原理圖全橋電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-24 8-24 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組30四四. 全橋電路全橋電路l如果如果S1、S4與與S2、S3的導(dǎo)通時間不的導(dǎo)通時

41、間不對稱，則交流電壓對稱，則交流電壓uT中將含有直流中將含有直流分量，會在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大分量，會在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流的直流 分量，造成磁路飽和，因此分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一個電容，以阻斷直流電流。個電容，以阻斷直流電流。2.數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系濾波電感電流連續(xù)時：濾波電感電流連續(xù)時： (8-5)輸出電感電流斷續(xù)時，輸出電壓輸出電感電流斷續(xù)時，輸出電壓Uo將將高于式（高于式（8-5）的計算值，并隨負載減）的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下：小而升高，

42、在負載為零的極限情況下： TtNNUUon12io2i12oUNNU 圖圖 8-23 8-23 全橋電路原理圖全橋電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-24 8-24 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組31五五. 推挽電路推挽電路圖圖 8-25 8-25 推挽電路原理圖推挽電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonT

43、tttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-26 8-26 推挽電路的理想化波形推挽電路的理想化波形l 推挽電路中兩個開關(guān)推挽電路中兩個開關(guān)S S1 1和和S S2 2交替導(dǎo)交替導(dǎo)通，在繞組通，在繞組N N1 1和和N N, ,1 1兩端分別形成兩端分別形成相位相反的交流電壓。相位相反的交流電壓。l S S1 1導(dǎo)通時，二極管導(dǎo)通時，二極管VDVD1 1處于通態(tài)，處于通態(tài)，電感電感L L的電流逐漸上升。的電流逐漸上升。l S2導(dǎo)通時，二極管導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)，處于通態(tài)，電感電感L電流也逐漸上升。電流也逐漸上升。l 當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，VDVD1

44、1和和VDVD2 2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S S1 1和和S S2 2斷態(tài)時承受的峰值電壓均為斷態(tài)時承受的峰值電壓均為2 2倍倍U Ui i。1.工作過程工作過程電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組32五五. 推挽電路推挽電路圖圖 8-25 8-25 推挽電路原理圖推挽電路原理圖 S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖 8-26 8-26 推挽電路的理想化波

45、形推挽電路的理想化波形2.數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系l S S1 1和和S S2 2同時導(dǎo)通，相當(dāng)于變同時導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。應(yīng)避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。 濾波電感濾波電感L L電流連續(xù)時：電流連續(xù)時：(8-6)(8-6) 輸出電感電流不連續(xù)時，輸出電壓輸出電感電流不連續(xù)時，輸出電壓U Uo o將高于式（將高于式（8-68-6）的計算值，并）的計算值，并隨負載減小而升高，在負載為零的隨負載減小而升高，在負載為零的極限情況下，極限情況下，TtNNUUon12io2i12oUNNU 電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路

46、第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組33五五. 推挽電路推挽電路電路電路優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點功率范圍功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域正激正激電路較簡單，成本低，電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動電路可靠性高，驅(qū)動電路簡單簡單變壓器單向激磁，變壓器單向激磁，利用率低利用率低幾百幾百W幾幾kW各種中、小功各種中、小功率電源率電源反激反激電路非常簡單，成本電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)很低，可靠性高，驅(qū)動電路簡單動電路簡單難以達到較大的功率，難以達到較大的功率，變壓器單向激磁，利變壓器單向激磁，利用率低用率低幾幾W幾十幾十W小功率電子設(shè)備

47、、小功率電子設(shè)備、計算機設(shè)備、消計算機設(shè)備、消費電子設(shè)備電源。費電子設(shè)備電源。全橋全橋變壓器雙向勵磁，變壓器雙向勵磁，容易達到大功率容易達到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路幾百幾百W幾百幾百kW大功率工業(yè)用電大功率工業(yè)用電源、焊接電源、源、焊接電源、電解電源等電解電源等半橋半橋變壓器雙向變壓器雙向勵勵磁，沒磁，沒有變壓器偏磁問題，有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動電路驅(qū)動電路幾百幾百W幾幾kW各種工

48、業(yè)用電源，各種工業(yè)用電源，計算機電源等計算機電源等推挽推挽變壓器雙向勵磁，變壓變壓器雙向勵磁，變壓器一次側(cè)電流器一次側(cè)電流回路回路中只中只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單較小，驅(qū)動簡單有偏磁問題有偏磁問題幾百幾百W幾幾kW低輸入電壓的電低輸入電壓的電源源表表 8-1 8-1 各種不同的間接直流變流電路的比較各種不同的間接直流變流電路的比較電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組34圖圖 8-27 8-27 全波整流電路和全波整流電路和全橋整流電路

49、原理圖全橋整流電路原理圖六六. 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流l 雙端電路中常用的整流電路形式雙端電路中常用的整流電路形式為全波整流電路和全橋整流電路。為全波整流電路和全橋整流電路。a a）全波整流電路）全波整流電路1.全波整流電路的特點全波整流電路的特點 優(yōu)點：電感優(yōu)點：電感L的電流回路中只有的電流回路中只有一個二極管壓降，損耗小，而且一個二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需要整流電路中只需要2個二極管，個二極管，元件數(shù)較少。元件數(shù)較少。 缺點：二極管斷態(tài)時承受的反壓缺點：二極管斷態(tài)時承受的反壓較高，對器件耐壓要求較高，而較高，對器件耐壓要求較高，而且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 適用場合：輸出電壓較低的情況適用場合：輸出電壓較低的情況下（下（100V）。）。電力電子技術(shù)校級精品課電力電子技術(shù)校級精品課 第八章組合變流電路第八章組合變流電路http:/ 電子發(fā)燒友 http:/ 電子技術(shù)論壇 龍巖學(xué)院物理與機電學(xué)院電氣教研組35六六. 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流a a）全波整流電路）全波整流電路b b）全橋整流電路）全橋整流電路2.全橋電路的特點全橋電路的特點 優(yōu)點：二極管在斷態(tài)承受優(yōu)點：二極管在斷態(tài)承受的電壓僅為交流電壓幅值，的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的