電力電子裝置演示文稿

電力電子裝置演示文稿目前一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)優(yōu)選電力電子裝置目前二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)1、線性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應(yīng)特性；缺點(diǎn)：（1）輸入采用50Hz工頻變壓器，體積龐大；

（2）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi),損耗大,效率低；（3）

過載能力差。圖8.1.1線性穩(wěn)壓電源方框圖

開關(guān)電源的工作原理目前三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)2、開關(guān)電源：

50Hz單相交流220V電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)EMI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。通過取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖8.1.2開關(guān)電源原理框圖工作原理：開關(guān)電源的工作原理目前四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)圖8.1.2開關(guān)電源原理框圖開關(guān)管占空比定義為：D=Ton/Ts；

其中Ts為開關(guān)管的開關(guān)周期,Ton為一個周期內(nèi)導(dǎo)通用時間。兩種改變占空比的控制方式：1）脈沖寬度調(diào)制控制(PWM)開關(guān)電源的工作原理2、開關(guān)電源：2）脈沖頻率調(diào)制控制(PFM)目前五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)圖8.1.3PWM控制方式

1）脈沖寬度控制：

保持開關(guān)頻率(開關(guān)周期Ts)不變，通過改變Ton來改變占空比D，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。

如果占空比D越大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。保持導(dǎo)通時間Ton不變，通過改變開關(guān)頻率(即開關(guān)周期)而達(dá)到改變占空比的目的。

工作頻率不固定，造成濾波器設(shè)計困難。開關(guān)電源的工作原理2）脈沖頻率控制：目前六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

開關(guān)電源優(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)電源缺點(diǎn)：主要是存在開關(guān)噪聲干擾。

開關(guān)電源的工作原理目前七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源的應(yīng)用

1、開關(guān)電源的應(yīng)用圖8.1.4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220V，輸出電流為10A。目前八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)2、各功能塊的具體電路簡介：

(1)交流進(jìn)線濾波器圖8.1.5交流進(jìn)線EMI濾波器

該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號。

電路結(jié)構(gòu)：

Cc1、Lc和Cc2構(gòu)成的低通濾波器用來抑制共模干擾信號，其中Lc稱為共模電感，其兩組線圈匝數(shù)相等，但繞向相反，對差模信號的阻抗為零，而對共模信號產(chǎn)生很大的阻抗。

Cd1、Ld和Cd2構(gòu)成的低通濾波器則用來抑制差模干擾信號。開關(guān)電源的應(yīng)用

作用：防止開關(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)入開關(guān)電源內(nèi)部，干擾開關(guān)電源的正常工作。

目前九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)(2)啟動浪涌電流抑制電路

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，同時在電阻的兩端并接晶閘管開關(guān)。(3)輸出整流電路

小功率電源通常采用半波整流電路，而對于大功率電源則采用全波或橋式整流電路。開關(guān)電源的應(yīng)用

啟動浪涌電流抑制電路限流電阻啟動浪涌電流抑制電路

輸出整流電路

半波整流目前十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)PWM控制器SG3525引腳說明開關(guān)電源的應(yīng)用

圖8.1.6SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

①腳：誤差放大器反相輸入端；③腳：同步信號輸入端，同步脈沖的頻率應(yīng)比振蕩器頻率fS要低一些；④腳：振蕩器輸出；⑤腳：振蕩器外接定時電阻RT端，

RT值為2kΩ～150kΩ；⑥腳：振蕩器外接電容CT端，振蕩器頻率為fS＝1/CT(0.7RT+3R0);其中R0為⑤腳與⑦腳之間跨接的電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時間，定時電容范圍為0.001μF～0.1μF；⑦腳：振蕩器放電端，外接電阻來控制死區(qū)時間，電阻范圍為0～500Ω；⑧腳：軟起動端，外接軟起動電容，該電容由內(nèi)部Uref的50μA恒流源充電。⑨腳：誤差放大器的輸出端；⑩腳：PWM信號封鎖端，該腳為高電平時，輸出驅(qū)動脈沖信號被封鎖,用于故障保護(hù)；⑾腳：A路驅(qū)動信號輸出；⑿腳：接地;⒀腳：輸出級集電極電壓；⒁腳：B路驅(qū)動信號輸出；⒂腳：電源，其范圍因為8V～35V；⒃腳：內(nèi)部+5V基準(zhǔn)電壓輸出。②腳：誤差放大器同相輸入端；目前十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)(4)控制電路（SG3525）

該開關(guān)電源采用雙環(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UOF與電壓給定信號UOG相減，其誤差信號經(jīng)PI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IOF相減得電流誤差信號，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后送入PWM控制器SG3525，然后與控制器內(nèi)部三角波比較形成PWM信號。該P(yáng)WM信號再通過驅(qū)動電路去驅(qū)動主電路IGBT。(5)IGBT驅(qū)動電路

該驅(qū)動模塊為混合集成電路，將IGBT的驅(qū)動和過流保護(hù)集于一體，能驅(qū)動電壓為600V和1200V系列電流容量不大于400AIGBT。圖8.1.7IGBT驅(qū)動電路開關(guān)電源的應(yīng)用

目前十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)第八章電力電子裝置8.1開關(guān)電源8.2有源功率因數(shù)校正

8.3不間斷電源（UPS）8.4靜止無功補(bǔ)償裝置8.5變頻調(diào)速裝置8.6電力電子系統(tǒng)可靠性概述

目前十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.２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路過熱，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)備正常運(yùn)行。1、采用無源校正抑制諧波:2）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時，濾波效果不能保證，動態(tài)特性差。3）可能會與電網(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)無法正常工作。4）LC濾波器體積龐大。特點(diǎn)：1）方法簡單可靠，并且在穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。(在主電路中串入無源LC濾波器)目前十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.２有源功率因數(shù)校正

與無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)。與一般的開關(guān)電源的區(qū)別：（1）

PFC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)信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號的乘積。1）特點(diǎn)：2、有源功率因數(shù)校正電路（PFC）2）工作原理：

有源功率因數(shù)校正技術(shù)(ActitePowerFilterCorrection，簡稱APFC或PFC)就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關(guān)，通過控制有源開關(guān)的通斷來強(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和接近1的功率因數(shù)。

目前十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.２.1PFC技術(shù)的工作原理

圖8.2.1Boost－PFC電路

主電路由單相橋式整流電路和Boost變換電路組成，虛線框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器VA及基準(zhǔn)電壓Ur，乘法器，電流誤差放大器CA，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動電路。

輸出電壓Uo和基準(zhǔn)電壓Ur比較后，誤差信號經(jīng)電壓誤差放大器VA以后送入乘法器M，與全波整流電壓取樣信號相乘以后形成基準(zhǔn)電流信號?；鶞?zhǔn)電流信號與電流反饋信號相減，誤差信號經(jīng)電流誤差放大器CA后再與鋸齒波相比較形成PWM信號，然后經(jīng)驅(qū)動電路控制主電路開關(guān)S的通斷，使電流跟蹤基準(zhǔn)電流信號變化。

工作原理：目前十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.２.2PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

圖8.2.2UC3854內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

UC3854包含電壓放大器VA，模擬乘法/除法器M，電流放大器CA，固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門極驅(qū)動電路，7.5V基準(zhǔn)電壓等。目前十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.２.2

圖輸出功率為250W時由UC3854構(gòu)成的PFC電路原理圖

控制芯片UC3854適用的功率范圍比較寬，5KW以下的單相boost-PFC電路均可以采用該芯片作為控制器。

輸出功率不同時，只需改變主電路中的電感L1和電流檢測電阻RS、控制電路中的電流控制環(huán)參數(shù)。輸出電壓Uo由下式確定：PFC集成控制電路UC3854及其應(yīng)用

目前十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)第八章電力電子裝置8.1開關(guān)電源8.2有源功率因數(shù)校正

8.3不間斷電源（UPS）8.4靜止無功補(bǔ)償裝置8.5變頻調(diào)速裝置8.6電力電子系統(tǒng)可靠性概述

目前十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.3不間斷電源

——UninterrupitablePowerSystem,簡稱UPSUPS電源裝置在保證不間斷供電的同時，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。

目前，在計算機(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。不間斷電源：目前二十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)UPS的分類

1、后備式UPS

根據(jù)工作方式，UPS電源分：圖8.3.1后備式UPS的基本結(jié)構(gòu)

市電存在時，逆變器不工作，市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向負(fù)載供電，同時充電器工作，對蓄電池組浮充電。市電掉電時，逆變器工作，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，繼續(xù)向負(fù)載供電。

輸出電壓波形有方波、準(zhǔn)方波和正弦波三種方式。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運(yùn)行效率高、價格便宜，但其輸出電壓穩(wěn)壓精度差，市電掉電時，輸出有轉(zhuǎn)換時間。適于小功率。

目前二十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)2、線式UPS

圖8.3.2在線式UPS的基本結(jié)構(gòu)

正常工作時，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。當(dāng)市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負(fù)載不間斷供電。

如果逆變器發(fā)生故障，UPS則通過靜態(tài)開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。當(dāng)故障消失后，UPS又重新切換到由逆變器向負(fù)載供電。

特點(diǎn)：總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電狀態(tài)，輸出電壓動態(tài)響應(yīng)特性好，波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS。UPS的分類

目前二十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)UPS電源中的整流器1）對于小功率UPS，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。蓄電池充電由專門的充電器來完成。2）對于中大功率UPS，整流器一般采用相控式整流電路,它具有雙重功能，在向逆變器提供直流電源的同時，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。3）減少UPS注入電網(wǎng)的諧波電流的方法：（1）增加整流電路的相數(shù)；（2）在整流器的輸入側(cè)增加有源或無源濾波器。4）目前，比較先進(jìn)的UPS采用PWM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1，大大降低了UPS對電網(wǎng)的諧波污染。概述：目前二十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

工作原理PWM整流電路

圖8.3.3單相PWM整流電路的原理框圖

在PWM整流電路的交流輸入端AB產(chǎn)生一個正弦波調(diào)制PWM波uAB，uAB中除了含有與電源同頻率的基波分量外，還含有與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波。由于電感Ls的濾波作用，這些高次諧波電壓只會使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動。如果忽略這種脈動，is為頻率與電源頻率相同的正弦波。在交流電源電壓us一定時，is的幅值和相位由uAB中基波分量的幅值及其與us的相位差決定。改變uAB中基波分量的幅值和相位，就可以使is與us同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。目前二十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)7.２.2

直流輸出電壓給定信號Ud*和實際的直流

電壓Ud比較后送入PI調(diào)節(jié)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)正弦波相乘后形成交流輸入電流的給定信號is*，is*與實際的交流輸入電流is進(jìn)行比較，誤差信號經(jīng)比例調(diào)節(jié)器放大后送入比較器，再與三角載波信號比較形成PWM信號。該P(yáng)WM信號經(jīng)驅(qū)動電路后去驅(qū)動主電路開關(guān)器件，便可使實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。

圖8.3.4直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

PWM整流電路

單相PWM整流電路采用直接電流控制時的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

目前二十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

UPS電源中的逆變器

通常采用輸出電壓諧波系數(shù)HF來恒量UPS輸出電壓的波形質(zhì)量的好壞。電壓諧波系數(shù)定義為：

式中：U1為輸出電壓基波分量的有效值，Un為諧波分量的有效值。

正弦波輸出UPS通常采用SPWM逆變器。下面以單相輸出UPS為例，分析逆變器的工作原理。

HF越小，則說明UPS輸出電壓波形越接近理想的正弦波。目前二十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)圖8.3.5UPS逆變器及其控制原理框圖

主電路采用全橋逆變電路，對于小功率UPS，開關(guān)器件一般為MOSFET，而對于大功率UPS，則采用IGBT。為濾去開關(guān)頻率噪聲，輸出采用LC濾波電路，因為開關(guān)頻率一般大于20kHz，因此，采用較小的LC濾波器。輸出隔離變壓器實現(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。

UPS電源中的逆變器

1、電路結(jié)構(gòu)：目前二十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)圖8.3.5UPS逆變器及其控制原理框圖

市電us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)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。該信號與輸出有效值調(diào)節(jié)器的輸出相乘后得到輸出電壓瞬時值給定信號u*，再與輸出電壓瞬時值反饋信號uf相減，誤差信號經(jīng)P調(diào)節(jié)器后，再與三角載波信號相比較，得到PWM信號，該信號經(jīng)驅(qū)動動電路后分別去驅(qū)動主電路的開關(guān)器件，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。UPS電源中的逆變器

2、工作原理：目前二十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.3.4UPS的靜態(tài)開關(guān)

為了進(jìn)一步提高UPS電源的可靠性，在線式UPS均裝有靜態(tài)開關(guān)，將市電作為UPS的后備電源，在UPS發(fā)生故障或維護(hù)檢修時，無間斷地將負(fù)載切換到市電上，由市電直接供電。圖8.3.6單相輸出UPS的靜態(tài)開關(guān)原理圖

1）同步切換：先通后斷；

2）非同步切換：先斷后通；1、工作原理：一只晶閘管用于通過正半周電流，另一只晶閘管則用于通過負(fù)半周電流。2、電路結(jié)構(gòu)：3、靜態(tài)開關(guān)的切換方式：

靜態(tài)開關(guān)的主電路一般由兩只晶閘管開關(guān)反并聯(lián)組成，目前二十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.3.4UPS的靜態(tài)開關(guān)

圖8.3.6單相輸出UPS的靜態(tài)開關(guān)原理圖

切換時，首先觸發(fā)靜態(tài)開關(guān)2，使之導(dǎo)通，然后再封鎖靜態(tài)開關(guān)1的觸發(fā)脈沖，因此，靜態(tài)開關(guān)1和靜態(tài)開關(guān)2同時導(dǎo)通，此時，市電和逆變器同時向負(fù)載供電。3、靜態(tài)開關(guān)的切換方式：1）同步切換：先通后斷

（1）能保證在切換的過程中供電不間斷。（2）在切換的過程中，逆變器必須跟蹤市電的頻率、相位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，燒壞逆變器。工作原理：特點(diǎn)：目前三十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.3.4UPS的靜態(tài)開關(guān)

圖8.3.6單相輸出UPS的靜態(tài)開關(guān)原理圖

先封鎖正在導(dǎo)通的靜態(tài)開關(guān)觸發(fā)脈沖，延遲一段時間，待導(dǎo)通的靜態(tài)開關(guān)關(guān)斷后，再觸發(fā)另外一路靜態(tài)開關(guān)。

3、靜態(tài)開關(guān)的切換方式：2）非同步切換：先斷后通會造成負(fù)載短時間斷電。

工作原理：特點(diǎn)：目前三十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)第八章電力電子裝置8.1開關(guān)電源8.2有源功率因數(shù)校正

8.3不間斷電源（UPS）8.4靜止無功補(bǔ)償裝置8.5變頻調(diào)速裝置8.6電力電子系統(tǒng)可靠性概述

目前三十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)8.4

靜止無功補(bǔ)償裝置根椐所采用的電力電子器件，靜止無功補(bǔ)償裝置分為兩大類型：

1、采用晶閘管開關(guān)的靜止無功補(bǔ)償裝置：

1）晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）

2）晶閘管投切電容器（ThyristorSwitched

Capacitor—TSC）

2、采用自換相變流器的靜止無功補(bǔ)償裝置：也即（靜止無功發(fā)生器（StaticVarGenerator—SVG）或高級靜止無功補(bǔ)償裝置（AdTancedStaticVarCompensator—ASVC）。1、組成：由電力電子器件與儲能元件構(gòu)成。2、特點(diǎn)：在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補(bǔ)償。3、應(yīng)用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動干擾、重負(fù)荷突然投切造成的無功功率強(qiáng)烈變化。——（StaticVarCompensator—SVC）目前三十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)晶閘管控制電抗器(TCR)

基本原理：圖8.4.1TCR的基本原理圖

其單相基本結(jié)構(gòu)是兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器串聯(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)壓電路結(jié)構(gòu)。其工作原理和不同觸發(fā)角時的工作波形與交流調(diào)壓電路完全相同。目前三十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)晶閘管投切電容器(TSC)

工作原理：圖8.4.2TSC單相機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖

工作時，TSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)控制電路檢測到電網(wǎng)需要無功補(bǔ)償時，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關(guān)并使之導(dǎo)通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進(jìn)行無功補(bǔ)償；當(dāng)電網(wǎng)不需要無功補(bǔ)償時，關(guān)斷晶閘管靜態(tài)開關(guān)，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。因此，TSC實際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

TSC由兩個反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成的靜態(tài)開關(guān)與電容器串聯(lián)組成。目前三十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)晶閘管投切電容器(TSC)1、TSC主電路

一般將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖所示。電容器分組通常采用二進(jìn)制方案，即采用n-1個電容值為C的電容和一個電容值為C/2的電容，這樣的分組可以使組合成的電容值有2n級。

圖8.4.3TSC主電路

2、零電壓投入問題

為使補(bǔ)償電容器的投入與切除過程不引發(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)線電壓的正或負(fù)峰值且電壓極性相同的時刻，切除時只要撤消觸發(fā)信號即可，開關(guān)在電流過零之后會自行關(guān)斷。圖8.4.4晶閘管電壓過零觸發(fā)電路示意圖

目前三十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)晶閘管投切電容器(TSC)3、電容器投切判據(jù)與信號檢測

在圖中設(shè)節(jié)點(diǎn)相電壓為：

圖8.4.5節(jié)點(diǎn)相電壓與負(fù)載電流

負(fù)載電流為：

上式中，ip(t)和iq(t)分別為有功電流分量和無功電流分量。當(dāng)ωt=2kπ時：

可見，只要測量在相電壓正向過零時刻的負(fù)載電流，就可知對應(yīng)的無功電流最大值IQM。這種無功電流檢測方法簡單、快速（在一個周期內(nèi)只要采樣一次）。（1）以無功電流為投切判據(jù)目前三十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)（1）以無功電流為投切判據(jù)晶閘管投切電容器(TSC)

上式△C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)容量的電容器；反之，則應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器。

圖中，電壓信號經(jīng)濾波后由過零脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生相電壓，正向過零脈沖信號，作為采樣保持器的采樣開關(guān)信號，于是采樣保持器的輸出就是無功電流幅值。圖中，iL=ic+is，如果使iq=ic

，則實現(xiàn)了完全補(bǔ)償。圖8.4.6無功電流為投切判據(jù)的檢測電路原理圖由和可得目前三十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)（2）以無功功率為投切判據(jù)

晶閘管投切電容器(TSC)

可讓單片機(jī)通過Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換同時對和信號在一個周期內(nèi)進(jìn)行Ｎ次采樣，得到2Ｎ個數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行下述離散運(yùn)算得到UBC、IA和PBC

：

對于對稱三相補(bǔ)償，只要取任意兩相電壓（線電壓）和另一相電流，就可測得無功功率。

圖

檢測A相電流和BC相線電壓向量圖由于PBC=UBCIAsinΦ，則功率因數(shù)為:目前三十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)4、控制器原理框圖

晶閘管投切電容器(TSC)圖8.4.8TSC控制器原理框圖

TSC的控制器主要由單片機(jī)、鍵盤接口電路、液晶顯示接口電路、數(shù)據(jù)存儲器、同步電壓檢測、電壓電流和頻率檢測，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所示。

目前四十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)靜止無功發(fā)生器(SVG)

工作原理

圖8.4.9SVG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，就可以使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，實現(xiàn)動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

圖給出了采用自換相電壓型橋式的SVG基本電路結(jié)構(gòu)。目前四十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)靜止無功發(fā)生器(SVG)

工作原理

圖8.4.10SVG等效電路及其工作原理

通過同步電路控制，使與同頻同相，然后改變的幅值大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90°，并且還能控制該電流的大小。

僅考慮基波頻率時

SVG工作原理可以用圖（a）所示的單相等效電路來說明。

當(dāng)大于時，電流超前電壓90°，SVG吸收容性無功功率；當(dāng)小于時，電流滯后電壓90°，SVG吸收感性無功功率。目前四十二頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速裝置8.5

若均勻地改變定子頻率，則可以平滑地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

由交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可以看出：

因此，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，同時效率高，是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。目前四十三頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速的基本控制方式

（1）基頻以下的變頻調(diào)速（2）基頻以上的變頻調(diào)速（3）轉(zhuǎn)差頻率控制

（5）控制直接轉(zhuǎn)矩

（4）矢量控制目前四十四頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速的基本控制方式

（1）基頻以下的變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)的每相電動勢為：

式中：——定子每相感應(yīng)電動勢的有效值；

——定子電源頻率；

——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

——基波繞組系數(shù)；

——每極氣隙磁通量。

在調(diào)速的過程中，隨著輸入電源的頻率降低，必須相應(yīng)地改變定子電壓U，

以保證氣隙磁通不超過設(shè)計值。如果使=常數(shù)，則在調(diào)速過程中可維持近似不變，這就是恒壓頻比控制方式。

（）ω當(dāng)U不變時，隨著電源輸入頻率的降低，將會相應(yīng)增加。目前四十五頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速的基本控制方式（2）基頻以上的變頻調(diào)速

當(dāng)電壓U一定時，電機(jī)的氣隙磁通隨著頻率f的升高成比例下降，類似直流電機(jī)的弱磁調(diào)速，因此，基頻以上的調(diào)速屬恒功率調(diào)速。

電源頻率從基頻向上提高，可使電機(jī)的轉(zhuǎn)速增加。由于電機(jī)的電壓不能超過其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻時，U只能保持在額定值。根據(jù)式(8.5.1)：目前四十六頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速裝置的分類

（1）

間接變頻調(diào)速裝置

圖8.5.1間接變頻裝置的三種機(jī)構(gòu)形式

間接變頻調(diào)速裝置即交一直一交變頻裝置，首先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，然后再經(jīng)過逆變器將直流變換成電壓和頻率可變的交流電源。按照電路結(jié)構(gòu)和控制方式的不同，間接變頻裝置又可以分為三種，如圖（a）、（b）、（c）所示。目前四十七頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)變頻調(diào)速裝置的分類

（1）

間接變頻調(diào)速裝置

圖8.5.1間接變頻裝置的三種機(jī)構(gòu)形式

（a）所示的間接變頻裝置由相控整流電路和逆變電路構(gòu)成，其中整流電路調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，逆變電路控制輸出交流的頻率。

（b）所示的間接變頻裝置由二極管整流電路、斬波器和逆變器三部分構(gòu)成，其中斬波器用調(diào)節(jié)輸出電壓，逆變器用于調(diào)節(jié)輸出頻率。

（c）所示的間接變頻裝置由二極管整流電路和PWM逆變器構(gòu)成，其中調(diào)壓和調(diào)頻全部由PWM逆變器完成。

目前四十八頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)（2）直接變頻裝置

變頻調(diào)速裝置的分類

圖8.5.2直接變頻裝置

直接變頻裝置的結(jié)構(gòu)如圖所示，它采用交一交變頻電路，只用一個變換環(huán)節(jié)，直接將恒壓恒頻的交流電源變換成VVVF電源。根據(jù)輸出波形，直接變頻裝置可以分成方波形和正弦波型兩種。此類變頻裝置一般只用于低速大容量的調(diào)速系統(tǒng)，如軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等。

目前四十九頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)SPWM變頻調(diào)速裝置

1、結(jié)構(gòu)：由二極管整流電路、能耗制動電路、逆變電路和控制電路組成，逆變電路采用IGBT器件，為三相橋式SPWM逆變電路。圖8.5.3開環(huán)控制的SPWM的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖目前五十頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)SPWM變頻調(diào)速裝置

圖8.5.3開環(huán)控制的SPWM的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖R為外接能耗制動電阻，當(dāng)電機(jī)正常工作時，電力晶體管T截止，沒有電流流過R。當(dāng)快速停機(jī)或逆變器輸出頻率急劇降低時，電機(jī)將處于再生發(fā)電狀態(tài)，向濾波電容C充電，直流電壓Ud升高。當(dāng)升高到最大允許電壓Udmax時，功率晶體管T導(dǎo)通，接入電阻R，電機(jī)進(jìn)行能耗制動，以防止過高危害逆變器的開關(guān)器件。2、能耗制動電路和控制電路的工作原理

1）能耗制動電路目前五十一頁\總數(shù)五十七頁\編于十七點(diǎn)

2）控制電路

（1）給定積分器：以限定輸出頻率的升降速度。輸出信號的極性決定電機(jī)正反轉(zhuǎn)，輸出信號的大小控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低；給定積分器的輸出指令信號與三角波比較后形成三相PWM控制信號，再經(jīng)過輸出電路和驅(qū)動電路，控制逆變器中IGBT的通斷，使逆變器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向；（2）輸出經(jīng)極性鑒別器確定正反轉(zhuǎn)邏輯后，去控制三相標(biāo)準(zhǔn)正弦波的相序，從而決定輸出指令信號的相序。（3）絕對值運(yùn)算器：產(chǎn)生輸出頻率和電壓的控制所需要正的信號；（4）函數(shù)發(fā)生器：實現(xiàn)低頻電壓補(bǔ)償，保證整個調(diào)頻范圍內(nèi)實現(xiàn)輸出電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制；（5）壓控振蕩器：形成頻率為fi的脈沖信號；