電力電子裝置典型應(yīng)用

1、8.18.1開關(guān)電源開關(guān)電源8.28.2有源功率因數(shù)校正裝置有源功率因數(shù)校正裝置8.38.3UPS UPS 不間斷電源不間斷電源8.48.4變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置 8.1.1 8.1.1 開關(guān)電源的基本工作原理開關(guān)電源的基本工作原理 1.1.線性穩(wěn)壓電源的工作原理及其特點(diǎn)線性穩(wěn)壓電源的工作原理及其特點(diǎn) 圖圖8-1 8-1 線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源 基本工作原理基本工作原理: : 工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器降壓、整流、濾波后，通過(guò)電壓負(fù)反饋組成閉環(huán)控制，使之成為一穩(wěn)定的直流電源。 這種穩(wěn)壓電源具有優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，但同時(shí)存在以下缺點(diǎn): （1）輸入采用50Hz工頻變壓器，體積龐大。 （2）電

2、壓調(diào)整器件（如圖8-1所示的三極管）工作在線性放大區(qū)內(nèi)，損耗大、效率低。 （3）過(guò)載能力差。 2.2.開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理 其主電路的工作原理為其主電路的工作原理為: : 50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓首先經(jīng)EMI防電磁干擾的電源濾波器濾波（這種濾波器主要濾除電源的高次諧波），直接整流濾波（不經(jīng)過(guò)工頻變壓器降壓，濾波電路主要濾除整流后的低頻脈動(dòng)諧波）,獲得一直流電壓，然后再將此直流電壓經(jīng)變換電路變換為數(shù)十或數(shù)百千赫茲的高頻方波或準(zhǔn)方波電壓，通過(guò)高頻變壓器隔離并降壓（或升壓）后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。圖圖8-2 8

3、-2 開關(guān)電源的原理框圖開關(guān)電源的原理框圖 控制電路的工作原理是控制電路的工作原理是: : 電源接上負(fù)載后，通過(guò)取樣電路獲得其輸出電壓，將此電壓與基準(zhǔn)電壓作比較后，將其誤差值放大，用于控制驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比,使輸出電壓升高（或降低），以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。 3.3.開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制原理開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制原理 在脈沖寬度調(diào)制中，保持開關(guān)頻率（開關(guān)周期T）不變，通過(guò)改變ton 來(lái)改變占空比D，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的，即D越大，濾波后輸出電壓也就越大; D越小，濾波后輸出電壓越小,如圖8-3所示。 圖圖8-3 PWM8-3 PWM控制方式控制方式 4.4.開關(guān)穩(wěn)壓電源的特

4、點(diǎn)開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn) 開關(guān)穩(wěn)壓電源具有如下的優(yōu)點(diǎn): （1）功耗小、效率高。 （2）體積小、重量輕。 （3）穩(wěn)壓范圍寬。 （4）電路形式靈活多樣。 開關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是存在開關(guān)噪聲干擾。 8.1.2 8.1.2 隔離式高頻變換電路隔離式高頻變換電路 1.1.正激式變換電路正激式變換電路 所謂正激式變換電路，是指開關(guān)電源中的變換器不僅起著調(diào)節(jié)輸出電壓使其穩(wěn)定的作用，還作為振蕩器產(chǎn)生恒定周期T的方波，后續(xù)電路中的脈沖變壓器也具有振蕩器的作用。 2. 2.半橋變換電路半橋變換電路 半橋變換電路又可稱為半橋逆變電路，如圖8-5（a）所示.工頻交流電源通過(guò)電源濾波器、整流濾波器后轉(zhuǎn)換成圖中所示的直流電壓U

5、i。VT1、VT2為功率開關(guān)管IGBT; TR為高頻變壓器，L、C3 組成LC濾波電路，二極管VD3、VD4 組成全波整流元件。圖圖8-4 8-4 正激式變換電路圖正激式變換電路圖 半橋變換電路的特點(diǎn)半橋變換電路的特點(diǎn): : 在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)，前半個(gè)周期流過(guò)高頻變壓器的電流與后半個(gè)周期流過(guò)變壓器的電流大小相等,方向相反。因此，變壓器的磁芯工作在磁滯回線B-H的兩端，磁芯得到充分利用。 圖圖8-5 8-5 半橋變換電路及波形半橋變換電路及波形 3.3.全橋變換電路全橋變換電路 將半橋電路中的兩個(gè)電解電容C1和C2換成另外兩只開關(guān)管,并配上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路即可組成如圖8-6所示的全橋變換電路。 圖

6、圖8-6 8-6 全橋變換電路全橋變換電路8.1.3 8.1.3 開關(guān)電源的應(yīng)用開關(guān)電源的應(yīng)用 圖8-7 給出了由開關(guān)電源構(gòu)成的電力系統(tǒng)用直流操作電源的電路原理圖。 圖圖8-7 8-7 直流操作電源的直流操作電源的 電路的原理圖電路的原理圖 1. 1.交流進(jìn)線交流進(jìn)線EMIEMI濾波器濾波器 2.2.啟動(dòng)浪涌抑制電路啟動(dòng)浪涌抑制電路 3.3.輸出控制電路輸出控制電路 圖圖8-9 8-9 直流開關(guān)電源控制系統(tǒng)原理框圖直流開關(guān)電源控制系統(tǒng)原理框圖 4.SG35254.SG3525的管腳功能的管腳功能 圖圖8-10 SG35258-10 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 5.IGBT5.IGBT驅(qū)動(dòng)

7、電路驅(qū)動(dòng)電路 8.2.1 8.2.1 有源功率因數(shù)校正的工作原理有源功率因數(shù)校正的工作原理 圖圖8-12 Boost-APFC8-12 Boost-APFC電路電路 8.2.2 APFC8.2.2 APFC集成控制電路集成控制電路UC3854UC3854及其應(yīng)用及其應(yīng)用 圖圖8-13 UC38548-13 UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖圖8-14 8-14 采用采用UC3854UC3854構(gòu)成的構(gòu)成的APFCAPFC電路原理圖電路原理圖8.3.1 UPS8.3.1 UPS的分類的分類 1.1.離線式離線式UPSUPS電源電源圖圖8-15 8-15 離線式離線式UPSUPS的結(jié)構(gòu)框圖的

8、結(jié)構(gòu)框圖 離線式UPS的特點(diǎn)如下: （1）當(dāng)市電正常時(shí)，只是通過(guò)交流穩(wěn)壓后直接輸出至負(fù)載,因此電路對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力較差。 （2）存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。 （3）保護(hù)性能較差。 （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，控制容易，成本低。 2.2.在線式在線式UPSUPS電源電源 圖圖8-16 8-16 在線式在線式UPSUPS的結(jié)構(gòu)框圖的結(jié)構(gòu)框圖 在線式UPS的特點(diǎn)如下: （1）輸出的電壓經(jīng)過(guò)UPS處理，輸出電源品質(zhì)較高。 （2）無(wú)轉(zhuǎn)換時(shí)間。 （3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 （4）保護(hù)性能好，對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力強(qiáng)。 3.3.在線交互式在線交互式UPSUPS電源電源圖圖8-17 8-17 在線交互

9、式在線交互式UPSUPS結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖 在線交互式UPS的特點(diǎn)如下: （1）具有雙向轉(zhuǎn)換器，UPS電池充電時(shí)間較短。 （2）存在轉(zhuǎn)換時(shí)間。 （3）控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 （4）保護(hù)性能介于在線式與離線式UPS之間，對(duì)市電噪聲和浪涌的抑制能力較差。 8.3.2 UPS8.3.2 UPS的整流器的整流器圖圖8-18 8-18 單相全橋單相全橋PWMPWM整流電路整流電路 圖圖8-19 8-19 單相全橋單相全橋PWMPWM整流電路波形整流電路波形圖圖8-20 8-20 電流電壓同相位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電流電壓同相位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖8.3.3 UPS8.3.3 UPS中的逆變器中的逆變器圖圖8-21

10、UPS8-21 UPS單相逆變電路單相逆變電路 圖圖8-22 UPS8-22 UPS單相逆變單相逆變 電路輸出波形電路輸出波形圖圖8-23 UPS8-23 UPS逆變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖逆變控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 8.3.4 UPS8.3.4 UPS中的鎖相技術(shù)中的鎖相技術(shù)圖圖8-24 8-24 基本鎖相環(huán)路的方框圖基本鎖相環(huán)路的方框圖 8.3.5 UPS8.3.5 UPS中的靜態(tài)開關(guān)中的靜態(tài)開關(guān) 所謂靜態(tài)開關(guān)，是一種以雙向晶閘管為基礎(chǔ)構(gòu)成的無(wú)觸點(diǎn)通斷組件。 （a a）非零電壓開關(guān)）非零電壓開關(guān) （b b）零電壓開關(guān)）零電壓開關(guān) 圖圖8-25 8-25 兩種靜態(tài)開關(guān)兩種靜態(tài)開關(guān)圖圖8-26 8-26 單相輸出單相輸出UPSUPS靜態(tài)靜態(tài) 開關(guān)原理圖開關(guān)原理圖8.4.1 8.4.1 變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本控制方式 （1）基頻以下的變頻調(diào)速