10. 電力電子技術(shù)的應用2

1、電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 1 第第10章電力電子技術(shù)的應用章電力電子技術(shù)的應用 10.1 晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng) 10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.3 不間斷電源不間斷電源 10.4 開關電源開關電源 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用 10.7 電力電子技術(shù)的其他應用電力電子技術(shù)的其他應用 本章小結(jié)本章小結(jié) 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 2 10.3 不間斷電源不間斷電源 l 不間斷電源（不間斷電

2、源（Uninterruptible Power Supply UPS） 是當交流輸入電源（習慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r，是當交流輸入電源（習慣稱為市電）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。不受影響的裝置。 l 廣義地說，廣義地說，UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，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目前通常是指輸出為交流的情況UPS是是恒壓恒頻恒壓恒頻 （CVCF）電源）電源中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應用于各種對中的主要產(chǎn)品之一，廣泛應用于各種對 交流供電可靠性

3、和供電質(zhì)量要求高的場合。交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場合。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 3 10.3 不間斷電源不間斷電源 圖圖10-15 UPS基本基本 結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 l UPS的基本結(jié)構(gòu)及工作原理：當市電的基本結(jié)構(gòu)及工作原理：當市電 正常時，由市電供電，當市電異常乃正常時，由市電供電，當市電異常乃 至停電時，由蓄電池向逆變器供電。至停電時，由蓄電池向逆變器供電。 l 因此從負載側(cè)看，供電不受市電停電因此從負載側(cè)看，供電不受市電停電 的影響；的影響；在市電正常時，負載也可以在市電正常時，負載也可以 由逆變器供電，此時負載得到的交流由

4、逆變器供電，此時負載得到的交流 電壓比市電電壓質(zhì)量高電壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)，即使市電發(fā) 生質(zhì)量問題（如電壓波動、頻率波動、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，也能獲波形畸變和瞬時停電等）時，也能獲 得正常的得正常的恒壓恒頻恒壓恒頻的正弦波交流輸出，的正弦波交流輸出， 并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也 稱為稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 4 l 為保證市電異常或逆變器故障時負載供電的切換，實際為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r負載供電的切換，實際 的的UPS產(chǎn)

5、品中多數(shù)都設置了產(chǎn)品中多數(shù)都設置了旁路開關旁路開關，如圖，如圖10-16所示，所示， 市電與逆變器提供的市電與逆變器提供的CVCF電源由轉(zhuǎn)換開關電源由轉(zhuǎn)換開關S切換。切換。 l 在市電斷電時由于由蓄電池提供電能，供電時間取決于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，可采用不間斷供電，可采用柴油發(fā)電機（簡稱油機）作為后備柴油發(fā)電機（簡稱油機）作為后備 電源電源，如圖，如圖10-17所示，蓄電池只需作為市電與油機之間所示，蓄電池只需作為市電與油機之間 的過渡，容量可以比較小。的過

6、渡，容量可以比較小。 10.3 不間斷電源不間斷電源 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 5 圖圖10-16 具有旁路開關的具有旁路開關的UPS系統(tǒng)系統(tǒng) 圖圖10-17 用柴油發(fā)電機作為后備電源用柴油發(fā)電機作為后備電源 的的UPS 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 6 UPS的主電路結(jié)構(gòu)的主電路結(jié)構(gòu) l 容量較小的容量較小的UPS主電路主電路 整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（用作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），可獲得較高的交流輸入功率因數(shù)交流輸入功率因數(shù)。 由于逆變器部

7、分使用由于逆變器部分使用IGBT并采用并采用PWM控制控制，可獲得，可獲得 良好的控制性能。良好的控制性能。 l 使用使用GTO的大容量的大容量UPS主電路主電路 逆變器部分采用逆變器部分采用PWM控制，具有控制，具有調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電壓和和改善波形改善波形 的功能。的功能。 為減少為減少GTO的開關損耗，采用的開關損耗，采用較低的開關頻率較低的開關頻率。 輸出電壓中所含的最低次諧波為輸出電壓中所含的最低次諧波為11次，從而使交流濾次，從而使交流濾 波器小型化。波器小型化。 10.3 不間斷電源不間斷電源 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 7 圖圖10-1

8、8 小容量小容量UPS主電路主電路 圖圖10-19 大功率大功率UPS主電路主電路 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 8 10.4 開關電源開關電源 10.4.1 開關電源的結(jié)構(gòu)開關電源的結(jié)構(gòu) 10.4.2 開關電源的控制方式開關電源的控制方式 10.4.3 開關電源的應用開關電源的應用 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 9 10.4 開關電源開關電源引言引言 在各種電子設備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路在各種電子設備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路 需要需要5V、3.3V、2.5V等，模擬電路需要等

9、，模擬電路需要12V、15V等，等， 這就需要這就需要專門設計電源裝置專門設計電源裝置來提供這些電壓，通常要求電來提供這些電壓，通常要求電 源裝置能達到一定的源裝置能達到一定的穩(wěn)壓精度穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大的，還要能夠提供足夠大的電電 流流。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 10 10.4 開關電源開關電源引言引言 l 線性電源和開關電源線性電源和開關電源 圖圖10-20所示為所示為線性電源線性電源，先用工頻變壓器降壓，然后，先用工頻變壓器降壓，然后 經(jīng)過整流濾波后，由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。經(jīng)過整流濾波后，由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。

10、圖圖10-21所示為所示為開關電源開關電源，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變 得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓器降壓、再整流得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓器降壓、再整流 濾波。濾波。 開關電源開關電源在效率、體積和重量等方面都遠遠優(yōu)于線性在效率、體積和重量等方面都遠遠優(yōu)于線性 電源，因此已經(jīng)基本取代了線性電源，成為電源，因此已經(jīng)基本取代了線性電源，成為電子設備電子設備 供電的主要電源形式供電的主要電源形式。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 11 10.4 開關電源開關電源引言引言 圖圖10-20 線性電源線性電源 的基本電路結(jié)構(gòu)的

11、基本電路結(jié)構(gòu) 圖圖10-21 半橋型開半橋型開 關電源電路結(jié)構(gòu)關電源電路結(jié)構(gòu) 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 12 10.4.1 開關電源的結(jié)構(gòu)開關電源的結(jié)構(gòu) 交流輸入的開關電源（屬于交交流輸入的開關電源（屬于交-直變換電路）直變換電路） l 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大 電容濾波，較為先進的開關電源采用電容濾波，較為先進的開關電源采用有源的功率因數(shù)校正有源的功率因數(shù)校正 (PFC)電路電路。 l 高頻逆變變壓器高頻整流電路高頻逆變變壓器高頻整流電路是開關電源的核心部分，是開關電

12、源的核心部分， 具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。 l 高性能開關電源中普遍采用了高性能開關電源中普遍采用了軟開關技術(shù)軟開關技術(shù)。 l 可以采用給高頻變壓器設計可以采用給高頻變壓器設計多個二次側(cè)繞組多個二次側(cè)繞組的方法來實現(xiàn)的方法來實現(xiàn) 不同電壓不同電壓的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是相互隔相互隔 離的離的，但是僅能選擇，但是僅能選擇1路作為輸出電壓反饋，因此也就只有路作為輸出電壓反饋，因此也就只有 這這1路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低，路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低， 而

13、且其中而且其中1路的負載變化時，其它路的電壓也會跟著變化。路的負載變化時，其它路的電壓也會跟著變化。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 13 10.4.1 開關電源的結(jié)構(gòu)開關電源的結(jié)構(gòu) 圖圖10-22 開關電源的能量變換過程開關電源的能量變換過程 圖圖10-23 多路輸出的整流電路多路輸出的整流電路 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 14 10.4.1 開關電源的結(jié)構(gòu)開關電源的結(jié)構(gòu) 直流輸入的開關電源（直流輸入的開關電源（直流直流-直流變換器）直流變換器） l 分為分為隔離型隔離型和和非隔離型非隔離型。隔離型多

14、采用反激、正激、半。隔離型多采用反激、正激、半 橋等隔離型電路，而非隔離型采用橋等隔離型電路，而非隔離型采用Buck、Boost、Buck- Boost等電路。等電路。 l 負載點穩(wěn)壓器負載點穩(wěn)壓器(POL-Point Of the Load regulator) 僅僅為僅僅為1個專門的元件（通常是一個大規(guī)模集成電路個專門的元件（通常是一個大規(guī)模集成電路 芯片）供電的直流芯片）供電的直流-直流變換器。直流變換器。 微機主板給微機主板給CPU和存儲器供電的電源都是典型的和存儲器供電的電源都是典型的POL。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 15 10.4

15、.1 開關電源的結(jié)構(gòu)開關電源的結(jié)構(gòu) 圖圖10-24 a)同步同步 降壓電路降壓電路 圖圖10-24 b)同步同步 升壓電路升壓電路 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 16 10.4.2 開關電源的控制方式開關電源的控制方式 l 典型的開關電源控制系統(tǒng)如圖典型的開關電源控制系統(tǒng)如圖10-26 所示，采用所示，采用反饋控制反饋控制， 控制器根據(jù)誤差控制器根據(jù)誤差e來調(diào)整控制量來調(diào)整控制量vc。 l 電壓模式控制（圖電壓模式控制（圖10-26） 僅有一個輸出僅有一個輸出電壓反饋控制環(huán)電壓反饋控制環(huán)。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，顯。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，顯 著缺點是不能有效的控

16、制電路中的電流。著缺點是不能有效的控制電路中的電流。 l 電流模式控制電流模式控制 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了電流反饋控制環(huán)電流反饋控制環(huán)，電壓控制器，電壓控制器 的輸出信號作為電流環(huán)的參考信號，給這一信號設置的輸出信號作為電流環(huán)的參考信號，給這一信號設置 限幅，就可以限值電路中的限幅，就可以限值電路中的最大電流最大電流，達到短路和過，達到短路和過 載保護的目的，還可以實現(xiàn)載保護的目的，還可以實現(xiàn)恒流控制恒流控制。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 17 圖圖10-26 開關電源的控制系統(tǒng)開關電源的控制系統(tǒng) 圖圖10-27 電流模式控制系

17、統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 10.4.2 開關電源的控制方式開關電源的控制方式 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 18 10.4.3 開關電源的應用開關電源的應用 l 廣泛用于各種電子設備、儀器，以及家電等，如臺式計算廣泛用于各種電子設備、儀器，以及家電等，如臺式計算 機和筆記本計算機的電源，電視機、機和筆記本計算機的電源，電視機、DVD播放機的電源，播放機的電源， 以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些 電源功率通常僅有電源功率通常僅有幾十幾十W幾百幾百W； l 手機等移動電子設備的充

18、電器也是開關電源，但功率僅有手機等移動電子設備的充電器也是開關電源，但功率僅有 幾幾W； l 通信交換機、巨型計算機等大型設備的電源也是開關電源，通信交換機、巨型計算機等大型設備的電源也是開關電源， 但功率較大，可達但功率較大，可達數(shù)數(shù)kW數(shù)百數(shù)百kW； l 工業(yè)上也大量應用開關電源，如數(shù)控機床、自動化流水線工業(yè)上也大量應用開關電源，如數(shù)控機床、自動化流水線 中，采用各種規(guī)格的開關電源為其控制電路供電。中，采用各種規(guī)格的開關電源為其控制電路供電。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 19 10.4.3 開關電源的應用開關電源的應用 l 開關電源還可以用于

19、蓄電池充電、電火花加工，電鍍、開關電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、 電解等電化學過程等，功率可達電解等電化學過程等，功率可達幾十幾百幾十幾百kW；在；在X光光 機、微波發(fā)射機、雷達等設備中，大量使用的是高壓、機、微波發(fā)射機、雷達等設備中，大量使用的是高壓、 小電流輸出的開關電源。小電流輸出的開關電源。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 20 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 10.5.2 單級功率因數(shù)校正技術(shù)單級功率因數(shù)校正技術(shù) 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子

20、 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 21 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)引言引言 l 以開關電源為代表的各種電力電子裝置帶來一些負面問題：以開關電源為代表的各種電力電子裝置帶來一些負面問題： 輸入電流不是正弦波，就涉及到輸入電流不是正弦波，就涉及到諧波諧波和和功率因數(shù)功率因數(shù)的問題。的問題。 l 功率因數(shù)校正（功率因數(shù)校正（PFC）即對電流脈沖的幅度進行抑制，使即對電流脈沖的幅度進行抑制，使 電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分無源功率因數(shù)校正無源功率因數(shù)校正和和 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正兩種。兩種。 無源功率因數(shù)校正技術(shù)通過無源功率因數(shù)校

21、正技術(shù)通過在二極管整流電路中在二極管整流電路中增加電增加電 感、電容等無源元件和二極管元件，對電路中的電流脈感、電容等無源元件和二極管元件，對電路中的電流脈 沖進行抑制，以沖進行抑制，以降低電流諧波含量降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。，提高功率因數(shù)。 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開關器件構(gòu)成的開關電全控開關器件構(gòu)成的開關電 路路對輸入電流的波形進行控制，使之成為與電源電壓同對輸入電流的波形進行控制，使之成為與電源電壓同 相的正弦波。相的正弦波。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 22 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率

22、因數(shù)校正電路的基本原理 l單相功率因數(shù)校正電路的基本原理單相功率因數(shù)校正電路的基本原理 實際上是二極管整流電路加上實際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路升壓型斬波電路構(gòu)成的。構(gòu)成的。 原理原理 給定信號給定信號 和實際的直流電壓和實際的直流電壓ud比較比較后送入后送入PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，得，得 到指令信號到指令信號id，id和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令 信號信號i*，該指令信號和實際電感電流信號比較后，通過，該指令信號和實際電感電流信號比較后，通過滯環(huán)滯環(huán)對對 開關器件進行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交開關器件進行控制，便可使輸入直流

23、電流跟蹤指令值，這樣交 流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差 在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。 * d u 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 23 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 圖圖10-30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 24 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 在升壓斬

24、波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感 L的電流就完全受開關的電流就完全受開關S的通斷控制；的通斷控制；S通時，通時，iL增長，增長，S斷斷 時，時，iL下降，因此下降，因此控制控制S的占空比按正弦絕對值規(guī)律變化，的占空比按正弦絕對值規(guī)律變化， 且與輸入電壓同相且與輸入電壓同相，就可以控制，就可以控制iL波形為正弦絕對值，從波形為正弦絕對值，從 而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入 功率因數(shù)為功率因數(shù)為1。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程

25、學院 25 10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應用 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 10.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制 10.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制 電力技術(shù)電力技術(shù) 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 26 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 l 高壓直流輸電高壓直流輸電是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開始的是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開始的 應用領域，應用領域，20世紀世紀50年代以來，當電力電子技術(shù)的發(fā)展

26、帶年代以來，當電力電子技術(shù)的發(fā)展帶 來了來了可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓直流之后，高壓直流 輸電越來越受到人們的關注。輸電越來越受到人們的關注。 l 原理原理 發(fā)電廠輸出交流電，由變壓器（換流變壓器）將電壓發(fā)電廠輸出交流電，由變壓器（換流變壓器）將電壓 升高后送到升高后送到晶閘管整流器晶閘管整流器，由晶閘管整流器將高壓交，由晶閘管整流器將高壓交 流變?yōu)楦邏褐绷?。再?jīng)流變?yōu)楦邏褐绷?。再?jīng)直流輸電線路直流輸電線路輸送到電能的接輸送到電能的接 受端。受端。 電能在受端經(jīng)過晶閘管逆變器由直流變回交流，再經(jīng) 變壓器降壓后配送到各個用戶。 電力電子技術(shù)的應用 電

27、力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 27 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) 圖圖10-34是典型的采用是典型的采用十二脈波換流器十二脈波換流器的雙極高壓直流的雙極高壓直流 輸電線路。輸電線路。 雙極是指其輸電線路兩端的每端都由雙極是指其輸電線路兩端的每端都由兩個額定電壓相兩個額定電壓相 等的換流器串聯(lián)等的換流器串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導線，分別為聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導線，分別為正正 極和負極極和負極，每端兩個換流器的串聯(lián)連接點接地。，每端兩個換流器的串聯(lián)連接點接地。 兩極獨立運行，當一極停止運行時，另一極以大地作兩極獨立運行，當一極停止運行時，另一極

28、以大地作 回路還可以帶一半的負荷，這樣就提高了運行的可靠性，回路還可以帶一半的負荷，這樣就提高了運行的可靠性， 也有利于分期建設和運行維護；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只也有利于分期建設和運行維護；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只 用一根傳輸導線（一般為負極），以大地或海水作為回路。用一根傳輸導線（一般為負極），以大地或海水作為回路。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 28 圖圖10-34 高壓直流輸高壓直流輸 電系統(tǒng)的基本原理電系統(tǒng)的基本原理 和典型結(jié)構(gòu)和典型結(jié)構(gòu) 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學

29、與工程學院 29 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 l高壓直流輸電的優(yōu)勢高壓直流輸電的優(yōu)勢 更有利于進行遠距離和大容量的電能傳輸或者海底或地更有利于進行遠距離和大容量的電能傳輸或者海底或地 下電纜傳輸。下電纜傳輸。 不受輸電線路的不受輸電線路的感性和容性參數(shù)感性和容性參數(shù)的限制。的限制。 直流輸電線導體沒有直流輸電線導體沒有積膚效應積膚效應問題，相同輸電容量下問題，相同輸電容量下 直流輸電線路的占地面積也小。直流輸電線路的占地面積也小。 更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡。更容易解決更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡。更容易解決同步同步、穩(wěn)定性穩(wěn)定性等等復雜等等復雜 問題。問題。 更有利于系統(tǒng)控制。通過對換流器的有效控制可

30、以實現(xiàn)更有利于系統(tǒng)控制。通過對換流器的有效控制可以實現(xiàn) 對傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾蚀_的控制，還能阻尼功率對傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾蚀_的控制，還能阻尼功率 振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 30 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 在電力系統(tǒng)中，對無功功率的控制是非常重要的，通過對在電力系統(tǒng)中，對無功功率的控制是非常重要的，通過對 無功功率的控制，可以無功功率的控制，可以提高功率因數(shù)提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改改 善供電質(zhì)量善供電質(zhì)量。 晶閘管投切電容器晶閘管

31、投切電容器 交流電力電容器的交流電力電容器的投入投入與與切斷切斷是控制無功功率的一種重要是控制無功功率的一種重要 手段，手段，晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無功補償是一種性能優(yōu)良的無功補償 方式。方式。 TSC的工作原理就是用交流電力電子開關來投入或者切的工作原理就是用交流電力電子開關來投入或者切 除電容器。除電容器。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 31 圖圖10-35 TSC基本原理圖基本原理圖 a) 基本單元單相簡圖基本單元單相簡圖 b) 分組投切單相簡圖分組投切單相簡圖 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 兩個反并

32、聯(lián)的晶閘管起著把電容兩個反并聯(lián)的晶閘管起著把電容C并并 入電網(wǎng)入電網(wǎng)或或從電網(wǎng)斷開從電網(wǎng)斷開的作用，串聯(lián)的的作用，串聯(lián)的 小電感用于抑制電容器投入電網(wǎng)時可小電感用于抑制電容器投入電網(wǎng)時可 能出現(xiàn)的能出現(xiàn)的沖擊電流沖擊電流。 在實際工程中，為避免容量較大的電在實際工程中，為避免容量較大的電 容器組同時投入或切斷會對電網(wǎng)造成容器組同時投入或切斷會對電網(wǎng)造成 較大的較大的沖擊沖擊，一般把電容器，一般把電容器分成幾組分成幾組， 根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電 容器的容量，容器的容量，TSC實際上就成為實際上就成為斷續(xù)斷續(xù) 可調(diào)的動態(tài)無功功率補償器可調(diào)的動態(tài)無功功率補償

33、器。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 32 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 lTSC運行時晶閘管投入時刻的原則運行時晶閘管投入時刻的原則 該時刻該時刻交流電源電壓交流電源電壓應和應和電容器預先充電的電壓相等電容器預先充電的電壓相等， 這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，也就不會產(chǎn)生沖擊電流。這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，也就不會產(chǎn)生沖擊電流。 一般來說，理想情況下，希望電容器預充電電壓為一般來說，理想情況下，希望電容器預充電電壓為電源電源 電壓峰值電壓峰值，這時，這時電源電壓的變化率為零電源電壓的變化率為零，因此在投入時，因此在投入時 刻刻iC為零為零

34、，之后才按正弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過程，之后才按正弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過程 不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 33 圖圖10-36 TSC理想投切時刻原理說明理想投切時刻原理說明 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 導通開始時刻，導通開始時刻，uC已由上次導通時段最后導通的晶閘管已由上次導通時段最后導通的晶閘管VT1 充電至電源電壓充電至電源電壓us的正峰值，的正峰值，t1時刻導通時刻導通VT2，以后，以后每半個周每半個周 波輪流觸發(fā)波輪流觸發(fā)VT1和和VT2；

35、切除這條電容支路時，如在；切除這條電容支路時，如在t2時刻時刻iC 已降為零，已降為零，VT2關斷，關斷， uC保持在保持在VT2導通結(jié)束時的電源電壓導通結(jié)束時的電源電壓 負峰值，為下一次投入電容器做了準備。負峰值，為下一次投入電容器做了準備。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 34 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 圖圖10-37 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC l 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC 由于二極管的作用在電路不導通時由于二極管的作用在電路不導通時uC總會維持在電源電總會維持在電

36、源電 壓峰值。壓峰值。 這種電路成本稍低，但因為二極管不可控，這種電路成本稍低，但因為二極管不可控，響應速度要響應速度要 慢一些慢一些，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 35 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR ） 晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負載的一個典型應用，晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負載的一個典型應用， 圖圖10-38所示為所示為TCR的典型電路，可以看出是的典型電路，可以看出是支路控制三支路控制三 角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流

37、調(diào)壓電路角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路。 通過對通過對 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流， 從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無功功率，如配以固定電容從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無功功率，如配以固定電容 器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 36 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 圖圖10-38 晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(TCR)電路電路 電抗器中所含電阻很小，電抗器中所含電阻很小， 可以近似看成純電感

38、負載，可以近似看成純電感負載， 因此因此 的移相范圍為的移相范圍為 90180。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 37 10.6.2 無功功率控制無功功率控制 圖圖10-39 TCR電路負載相電流和輸入線電流波形電路負載相電流和輸入線電流波形 a) =120 b) =135 c) =160 圖圖10-39給出了給出了 分別為分別為120、135和和160時時TCR電電 路的負載相電流和輸入線電流的波形。路的負載相電流和輸入線電流的波形。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 38 10.7 電力電子技術(shù)的其他應用

39、電力電子技術(shù)的其他應用 10.7.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 10.7.2 焊機電源焊機電源 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 39 10.7.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 在各種氣體放電燈中采用電子鎮(zhèn)流器已成為廣泛采用的在各種氣體放電燈中采用電子鎮(zhèn)流器已成為廣泛采用的 節(jié)能措施，傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器是電感式的，電感鎮(zhèn)流器的構(gòu)造節(jié)能措施，傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器是電感式的，電感鎮(zhèn)流器的構(gòu)造 本身就會產(chǎn)生渦流，發(fā)生功耗，加之使用的矽鋼片的材料本身就會產(chǎn)生渦流，發(fā)生功耗，加之使用的矽鋼片的材料 質(zhì)量、制作工藝都會加劇這一功耗使鎮(zhèn)流器發(fā)熱。質(zhì)量、制作工藝都會加劇這一功耗使鎮(zhèn)流器發(fā)熱。

40、 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 40 10.7.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 l電子鎮(zhèn)流器的原理電子鎮(zhèn)流器的原理 電子鎮(zhèn)流器的核心是電子鎮(zhèn)流器的核心是高頻變換電路高頻變換電路。 工頻市電電壓在整流之前，首先經(jīng)過工頻市電電壓在整流之前，首先經(jīng)過射頻干擾射頻干擾(RFI)濾濾 波器波器濾波，濾波，RFI濾波器一般由電感和電容元件組成，用濾波器一般由電感和電容元件組成，用 來阻止鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的高次諧波反饋到輸入交流電網(wǎng)，以來阻止鎮(zhèn)流器產(chǎn)生的高次諧波反饋到輸入交流電網(wǎng)，以 抑止對電網(wǎng)的污染和對電子設備的干擾，同時也可以防抑止對電網(wǎng)的污染和對電子設備的干擾，同時也

41、可以防 止來自電網(wǎng)的干擾侵入到電子鎮(zhèn)流器。止來自電網(wǎng)的干擾侵入到電子鎮(zhèn)流器。 在其整流器與大容量的濾波電解電容器之間，設置一級在其整流器與大容量的濾波電解電容器之間，設置一級 功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正(PFC)升壓型變換電路升壓型變換電路，其作用就是獲得，其作用就是獲得 低電流諧波畸變，實現(xiàn)高功率因數(shù)。低電流諧波畸變，實現(xiàn)高功率因數(shù)。 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 41 10.7.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 圖圖10-44 電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 42 10.7

42、.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 l DC/AC逆變器逆變器的功能是將直流電壓變換成高頻電壓，逆變的功能是將直流電壓變換成高頻電壓，逆變 電路全控型開關器件，開關頻率一般為電路全控型開關器件，開關頻率一般為2070kHz，主要有，主要有 半橋式逆變電路和推挽式逆變電路兩種形式。半橋式逆變電路和推挽式逆變電路兩種形式。 l 高頻電子鎮(zhèn)流器的輸出級電路通常采用高頻電子鎮(zhèn)流器的輸出級電路通常采用LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡串聯(lián)諧振網(wǎng)絡， 燈的啟動通過燈的啟動通過LC電路發(fā)生串聯(lián)諧振，利用啟動電容兩端產(chǎn)電路發(fā)生串聯(lián)諧振，利用啟動電容兩端產(chǎn) 生的高壓脈沖將燈引燃，在燈啟動之后，電感元件對燈起生的高壓脈沖將燈引燃，在燈啟動

43、之后，電感元件對燈起 限流作用，由于電子鎮(zhèn)流器開關頻率較高，故電感器只需限流作用，由于電子鎮(zhèn)流器開關頻率較高，故電感器只需 要很小體積即可勝任。要很小體積即可勝任。 圖圖10-44 電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 43 10.7.1 電子鎮(zhèn)流器電子鎮(zhèn)流器 l 為使電子鎮(zhèn)流器安全可靠地工作，還要設計輔助電路，比為使電子鎮(zhèn)流器安全可靠地工作，還要設計輔助電路，比 如從鎮(zhèn)流器輸出到如從鎮(zhèn)流器輸出到DC/AC逆變電路引入逆變電路引入反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡，通過，通過 控制電路以保證與高頻產(chǎn)生器頻率同步化；或者采用控制電路以保證與高頻產(chǎn)生器頻率同步化；或者采用異常異常 狀態(tài)保護電路狀態(tài)保護電路，將電子鎮(zhèn)流器地輸出信號采樣，一旦出現(xiàn)，將電子鎮(zhèn)流器地輸出信號采樣，一旦出現(xiàn) 燈開路或燈不能啟動等異常狀態(tài)，則通過控制電路使振蕩燈開路或燈不能啟動等異常狀態(tài)，則通過控制電路使振蕩 器停振，關斷高頻變換器輸出，從而實現(xiàn)保護功能。器停振，關斷高頻變換器輸出，從而實現(xiàn)保護功能。 圖圖10-44 電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖電子鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)框圖 電力電子技術(shù)的應用 電 力 電 子 技 術(shù) 武漢科技大學信息科學與工程學院 4