電力電子技術(shù)的應(yīng)用

1、電力電子技術(shù)的應(yīng)用不間斷電源目錄UPS基本框圖旁路開關(guān)UPS及后備電源UPSUPS的主電路結(jié)構(gòu)UPS系統(tǒng)各部分作用及應(yīng)用單相橋式全控整流電路升壓斬波電路單相全橋逆變電路PWM控制技術(shù)單相交流調(diào)壓電路交流電力電子開關(guān)10.3 不間斷電源不間斷電源（ Uninterruptible Power Supply UPS）是當(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，使負載供電不受影響的裝置。 廣義地說， UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸出為交流的情況UPS是恒壓恒頻（ CVCF）電源中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于 各種對交流供電可靠性和

2、供電質(zhì)量要求高的場合。 UPS的結(jié)構(gòu)原理 圖10-15給出了UPS最基本的結(jié)構(gòu)基本工作原理是，當(dāng)市電正常時，由市電供電，當(dāng)市電異常乃至停電時，由蓄電 池向逆變器供電，因此從負載側(cè)看，供電不 受市電停電的影響；在市電正常時，負載也 可以由逆變器供電，此時負載得到的交流電 壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問 題（如電壓波動、頻率波動、波形畸變和瞬 時停電等）時，也能獲得正常的恒壓恒頻的 正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性 能，因此也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。10.3 不間斷電源為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r負載供電的切換，實際的UPS產(chǎn)品中多 數(shù)都設(shè)置了旁路開關(guān)，如圖10-16所 示，市電與逆變器提

3、供的CVCF電源 由轉(zhuǎn)換開關(guān)S切換；還需注意的是， 在市電旁路電源與CVCF電源之間切 換時，必須保證兩個電壓的相位一 致，通常采用鎖相同步的方法。 在市電斷電時由于由蓄電池提供電能，供電時間取決于蓄電池容量的大 小，有很大的局限性，為了保證長時 間不間斷供電，可采用柴油發(fā)電機 （簡稱油機）作為后備電源，如圖 10-17所示，蓄電池只需作為市電與 油機之間的過渡，容量可以比較小。10.3 不間斷電源UPS的主電路結(jié)構(gòu):容量較小的UPS主電路(1)整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（用作PFC）， 可獲得較高的交流輸入功率因數(shù)。 (2)由于逆變器部分使用IGBT并采用PWM控制，可獲得良好的控

4、制性能。 使用GTO的大容量UPS主電路 (1)逆變器部分采用PWM控制，具有調(diào)節(jié)電壓和改善波形的 功能。 (2)為減少GTO的開關(guān)損耗，采用較低的開關(guān)頻率。 (3)輸出電壓中所含的最低次諧波為11次，從而使交流濾波器 小型化。10.3 不間斷電源各部分作用：1、UPS的主要組成部分 UPS主要由逆變器、蓄電池、整流器充電器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等組成。2、逆變器主要由電力電子器件、變壓器和控制回路等組成，其作用是變直流為交流輸出，它是UPS的核心部分，UPS的技術(shù)性能、質(zhì)量主要取決于它。蓄電池是UPS儲能裝置。3、UPS中的蓄電池應(yīng)具有良好的大電流放電特性，能經(jīng)得住反復(fù)地充放電，壽命要長，目前UPS常用

5、的是免維護密封式鉛酸蓄電池。4、整流器充電器是把市電變成直流電，為逆變器和蓄電池提供電能的裝置。5、轉(zhuǎn)換開關(guān)（靜態(tài)開關(guān)）的作用是通過瞬時的高速檢測回路，當(dāng)市電有干擾或出現(xiàn)大的浪涌時，把UPS迅速轉(zhuǎn)到旁路輸出，以保護UPS；它的第二個作用是提供維修通道。對轉(zhuǎn)換開關(guān)要求切換時間快、過載能力大。應(yīng)用：UPS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，例如用于銀行、證券交易所的計算機系統(tǒng)，Internet網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器、路由器等關(guān)鍵設(shè)備，各種醫(yī)療設(shè)備，辦公自動化設(shè)備，工廠自動化機器等。單相橋式全控整流電路 閘管VT1和VT4組成一對橋臂， VT2 和VT3組成另一對橋臂。在u2正半周（即a點

6、電位高于b點電位）若4個晶閘管均不導(dǎo)通， id=0,ud=0,VT1、 VT4串聯(lián)承受電壓u2。在觸發(fā)角處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖， VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端 經(jīng)VT1、 R、 VT4流回電源b端。 當(dāng)u2過零時，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零， VT1和VT4關(guān)斷。 在u2負半周，仍在觸發(fā)角處觸發(fā)VT2和VT3， VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b 端流出，經(jīng)VT3、 R、 VT2流回電源a端。到u2過零時，電流又降為零， VT2和 VT3關(guān)斷。 阻性負載3. 整流電壓平均值： Ud=0.9U2*（1+cos）/2 =0 時， Ud= Ud0=0.9U2； =180時， Ud=0?？梢?/p>

7、， 角的移相范圍為180。單相橋式全控整流電路在u2正半周期觸發(fā)角處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通， ud=u2。負載電感很大， id不能突變且波形近似為一條水平線。 u2過零變負時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不 關(guān)斷。 wt= + 時刻，觸發(fā)VT2和VT3，使得VT2和VT3導(dǎo)通， u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到 VT2和VT3上， 阻感負載此過程稱為換相，亦稱換流。升壓斬波電路當(dāng)V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，設(shè)充電電流為I1， L值很大，I1基本恒定，同時電容C向負載供電，

8、C很大，使電容器電壓U0基本不變，設(shè)V處于通態(tài)的時間為ton，在ton時間內(nèi)，電感L上積蓄的能量為EI1ton；當(dāng)V處于斷態(tài)時，E與L同時向電容充電，并向負載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，在toff時間內(nèi)L釋放的能量為（U0-E）I1toff，在一周期內(nèi)L積蓄的能量與釋放的能量相等?？汕蟮茫?單相全橋逆變電路工作過程：1、0-t1：V1、V4導(dǎo)通，+V1RLV4-，U0=+Ud，i0為正；2、t1-t2：V1導(dǎo)通，V4截止，V1RLVD3V1，U0=0，i0為正；3、t2-t3：四個管子均截止，+VD2RLVD3Ud-，電流i0送回直流側(cè)，U0=-Ud，i0=0（由正下降至零）；4

9、、t3-t4：V2、V3導(dǎo)通，-V2RLV3+，U0=-Ud，i0為負；5、t4-t5：V2導(dǎo)通，V3截止，VD4RLV2VD4，Ud=0，i0為負；6、t5-t6：四個管子均截止，-VD4RLVD1+，電流i0送回直流側(cè)， U0=Ud,i0=0（由負降為零）。PWM控制技術(shù)調(diào)制法單極性PWM控制方式調(diào)制信號ur為正弦波，載波uc在ur的正半周為正極性的三角波，在ur的負半周 為負極性的三角波。 在ur的正半周， V1保持通態(tài)， V2保持斷態(tài)。 1、當(dāng)ur uc時使V4導(dǎo)通， V3關(guān)斷， uo=Ud。 2、當(dāng)uruc時使V4關(guān)斷， V3導(dǎo)通， uo=0。在ur的負半周， V1保持斷態(tài)， V2保

10、持通態(tài)。 1、當(dāng)uruc時使V3關(guān)斷， V4導(dǎo)通， uo=0。PWM控制技術(shù)調(diào)制法雙極性PWM控制方式在調(diào)制信號ur和載波信號uc的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。 在ur的半個周期內(nèi)，三角波載波有正有負，所得的PWM波也是有正有 負，在ur的一個周期內(nèi)，輸出的PWM 波只有Ud兩種電平。在ur的正負半周，對各開關(guān)器件的控制規(guī)律相同：1、當(dāng)uruc時， V1和V4導(dǎo)通， V2和V3關(guān)斷，這時如io0，則V1和V4通，如io0，則VD1和VD4通，不管哪種情況都是uo=Ud。 2、當(dāng)uruc時， V2和V3導(dǎo)通， V1和V4關(guān)斷，這時如io0，則VD2和VD3通，不管哪種情況都 是uo=-Ud。單

11、相交流調(diào)壓電路電阻負載 在交流電源u1的正半周和負半周，分別對VT1和VT2的觸發(fā)延遲角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。 正負半周起始時刻（=0）均為電壓過零時刻。 在穩(wěn)態(tài)的情況下，應(yīng)使正負半周的相等。 由波形圖可看出，負載電壓的波形與晶閘管電壓波形相疊加即為電源電壓的波形，而且負載電流的波形與負載電壓的波形相等。的移相范圍為0 ，隨著的增大，Uo逐漸降低， 逐漸降低。 單相交流調(diào)壓電路阻感負載若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為，當(dāng)用晶閘管 控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更 為滯后。設(shè)負載的阻抗角為=tg-1（wL/R），穩(wěn)態(tài)時的移相范圍應(yīng)為 。當(dāng)導(dǎo)通角小于阻抗角 時，輸出電壓不可調(diào)。負載