第4章直流電源

1、變電站綜合自動化系統(tǒng)中變電站綜合自動化系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖各子系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)圖ZZQ-5型自動準同步裝置框圖型自動準同步裝置框圖各種電子設(shè)備中都需要直流電源，一般都包含專門的電源電路各種電子設(shè)備中都需要直流電源，一般都包含專門的電源電路整流濾波穩(wěn)壓概述概述濾波濾波電路電路整流整流電路電路穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路電源電源變壓器變壓器交流交流電源電源負負載載OtuOtuOtuOtuOtu 220V交流電壓交流電壓脈動脈動直流電壓直流電壓合適的合適的交流電壓交流電壓 平滑平滑直流電壓直流電壓 穩(wěn)定穩(wěn)定直流電壓直流電壓-直流穩(wěn)壓電源是將交流電變成穩(wěn)定直流電的電路直流穩(wěn)壓電源是將交流電變成穩(wěn)定直流

2、電的電路EWB仿仿 真真仿真關(guān)注問題：各節(jié)點波形仿真關(guān)注問題：各節(jié)點波形一、單相半波整流一、單相半波整流tUu sin222 to 2 3 u222UUO to 2 3 22U 0 2O)(sin221ttdUU 245. 0UUODRL220V+ Uu2iD+ uD+_2RM2UU L2OD45. 021RUII 應(yīng)選擇最大整流電流應(yīng)選擇最大整流電流IFMID，最高反向工作電，最高反向工作電壓壓UDRM URM的整流二極管。的整流二極管。RL220V+ uu2iD+ uD*二、單相橋式整流二、單相橋式整流圖圖4-3 單相橋式整流電路單相橋式整流電路(a) 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 (

3、b) 整流橋的常見形式整流橋的常見形式 (c) 整流橋的簡化畫法整流橋的簡化畫法二、單相橋式整流二、單相橋式整流RLioV4V3V2V1+uo u2u1V3RLV4V2V1u1u2+uo 1. 1. 工作原理工作原理2. 波形波形u2 to 2 3 22U to 2 3 uO22U3. 參數(shù)估算參數(shù)估算1) 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值)(sin21 0 OttdUU 29 . 0 UUO to 2 3 u222U to 2 3 uO22UEWB仿仿 真真圖圖4-54-5 三相橋式整流電路三相橋式整流電路相電壓波形相電壓波形三相橋式整流波形三相橋式整流波形V導(dǎo)通時給導(dǎo)通時給C 充電充電

4、, 1. 電路和工作原理電路和工作原理濾波后濾波后uo 的波形變得的波形變得平緩平緩, ,平均值提高。平均值提高。RLV1V4V3V2ioC + uo= uc +u 0 tuO 2 22UV截止時截止時C 向向RL放電放電 2. 波形及輸出電壓波形及輸出電壓2O2U U 當當RL= 時時:0 tuO 2 22U通常取通常取 UO = 1.2U2RLC越大越大UO越大越大2)53(LTCR RL= 為獲得良好濾波效果為獲得良好濾波效果, 要求要求:(T為輸入為輸入交流電壓交流電壓的周期的周期)適用于小電流場合適用于小電流場合EWB仿仿 真真* 例例 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率單相橋式電容

5、濾波整流，交流電源頻率f = 50 Hz,負載負載電阻電阻RL = 40 ,要求直流輸出電壓要求直流輸出電壓UO = 20V, 選擇選擇整流二極管整流二極管及及濾波電容。濾波電容。 解解:V172 . 1V202 . 1O2 UU2RM2UU 選二極管應(yīng)滿足選二極管應(yīng)滿足:IF (2 3) ID可選可選: 2CZ55C(IF = 1 A， URM = 100 V)或或1 A、100 V 整流橋整流橋電流平均值電流平均值: A0.25 40V 20212121LOOD RUII承受最高反壓：承受最高反壓：V 2422RM UUsfT02. 05011 s 04. 024L TCR取取F 1000

6、 40s 0.04 C可選可選： 1000 F, 耐壓耐壓50 V 的電解電容的電解電容1. 電感濾波電感濾波RLL+u2 電感越大，濾波效果越好電感越大，濾波效果越好2. 型濾波型濾波L C1RL+u2 C2負載電流小時負載電流小時電源電壓波動或負載變化會引起輸出電壓電源電壓波動或負載變化會引起輸出電壓Uo發(fā)生變化發(fā)生變化EWB仿仿 真真并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負載并聯(lián)調(diào)整管與負載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管與負載串聯(lián)調(diào)整管與負載串聯(lián)+Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZI 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，其中穩(wěn)壓管工作在反向硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，其中穩(wěn)壓管工作在反向擊穿

7、狀態(tài)，兩端電壓基本不變。擊穿狀態(tài)，兩端電壓基本不變。注意：穩(wěn)壓管必須串接一個限流電阻！注意：穩(wěn)壓管必須串接一個限流電阻！適用于負載電流較小，輸出電壓不需調(diào)節(jié)的電子設(shè)備。適用于負載電流較小，輸出電壓不需調(diào)節(jié)的電子設(shè)備。4.3.1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路（硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路）并聯(lián)型穩(wěn)壓電路（硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路）應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例+Uo 穩(wěn)壓的實質(zhì)：穩(wěn)壓的實質(zhì)：UCE的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓穩(wěn)定的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓穩(wěn)定 UoU FUBEUCEUo4.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、電路及工作原理一、電路及工作原理8+UI RLV1 + UCE UFUZUB二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍Zp323

8、OFURRRRRUUPZ3p32OURRRRRUPZp3p32minOURRRRRUZ3p32maxOURRRRU+Uo 8+UI RLR2UFUZR3RPPR PREWB仿仿 真真VURRRRRZPP5 . 76300100300100100U332ominVURRRRUZPo30332max 例例4-1 4-1 圖圖4-94-9電路中，運放為理想運放，正常情況下電路中，運放為理想運放，正常情況下VT管工作在放大狀態(tài)。管工作在放大狀態(tài)。UCES=2V。U2=30V，R1=330，R2=R3=100，RP=300，RL=2K，UZ=6V，電容足夠大。，電容足夠大。（1）試計算）試計算UI=?

9、(2)計算計算UO=？（？（3）若）若U2=20V，UO=？PR=0時，輸出最大為時，輸出最大為Uomax。當PR =RP時，輸出最小為Uomin；（2）根據(jù)式（）根據(jù)式（4-6），），解：（解：（1）UI是單相橋式整流電容濾波后的輸出，是單相橋式整流電容濾波后的輸出，C足夠大，所以足夠大，所以 UI=1.2U2=1.230=36V輸出電壓輸出電壓UO在在UOmin至至UOmax范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，即范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，即UO在在7.530V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 （3）UI=1.2U2=1.220=24V，則，則UO增大到增大到UI-UCES=24-2=22V時，三極管已經(jīng)飽和，時，三極管已經(jīng)飽和，U

10、O達到極限，所以這時達到極限，所以這時UO最大值為最大值為22V，即即UO在在7.522V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。注：若要想輸出電壓最大值能調(diào)到注：若要想輸出電壓最大值能調(diào)到30V，則，則UImin=UOmax+UCES=32V，需要變壓器二次側(cè)電壓有效值，需要變壓器二次側(cè)電壓有效值U2至至少達到：少達到：UImin/1.2 =26.67V4.3.3 集成三端穩(wěn)壓器集成三端穩(wěn)壓器一、一、78、79系列的型號命名系列的型號命名輸出電流輸出電流78L / 79L 輸出電流輸出電流100 mA78M / 9M 輸出電流輸出電流500 mA78 / 79 輸出電流輸出電流1.5 A 集成穩(wěn)壓器種類很多

11、，作為小功率的直流穩(wěn)壓電集成穩(wěn)壓器種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是源，應(yīng)用最為普遍的是三端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器三端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。如。如W78W78和和W79W79系列穩(wěn)壓器。系列穩(wěn)壓器。W78W78系列輸出正電系列輸出正電壓壓有有5V5V、6V6V、8V8V、9V9V、10V10V、12V12V、15V15V、18V18V、24V24V等多等多種，若要獲得種，若要獲得負輸出電壓選負輸出電壓選W79W79系列系列即可。即可。輸出電壓輸出電壓78 輸出電壓為輸出電壓為 ()例：例：CW7812，CW78L05，CW79M24，從符號中讀出參數(shù)。，從符號中讀出參數(shù)。符號符號C

12、W7805+213CW791213_2_圖圖4-10 集成三端穩(wěn)壓器外型及管腳排列圖集成三端穩(wěn)壓器外型及管腳排列圖二、二、CW7800的基本應(yīng)用電路的基本應(yīng)用電路C1抵消輸入抵消輸入長接線的長接線的電感效應(yīng)，電感效應(yīng)，防止自激防止自激C2改善負改善負載的瞬態(tài)載的瞬態(tài)響應(yīng)響應(yīng),消除消除高頻噪聲高頻噪聲Uo = 12VW7812123 C2+UiC10.33 F0.1 FRL圖圖4-11 輸出固定正電壓的三端穩(wěn)壓電源輸出固定正電壓的三端穩(wěn)壓電源圖圖4-12 輸出固定負電壓的三端穩(wěn)壓電源輸出固定負電壓的三端穩(wěn)壓電源三、三、 可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器（一）、典型產(chǎn)品型號命名（一）、典型產(chǎn)品

13、型號命名CW117/217/317系列（正電源）系列（正電源）CW137/237/337系列（負電源）系列（負電源）基準電壓基準電壓1. 25 V輸出電流輸出電流L型型 輸出電流輸出電流100 mAM型型 輸出電流輸出電流500 mA（二）、（二）、CW117基本應(yīng)用電路基本應(yīng)用電路外形外形引腳引腳CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ圖圖4-13 輸出可調(diào)的三端穩(wěn)壓器典型接法輸出可調(diào)的三端穩(wěn)壓器典型接法 )1 (25. 11RRUPoUo CW3173C2+UiC1C3R1R2C4V1V2UREF = 1.25 VUREF很穩(wěn)定很穩(wěn)定)1 (25. 112RRU

14、OI REF 50 A1. 1. 輸出正、負電壓的電路輸出正、負電壓的電路24V24V220VW7815W79151000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1000 F 0.1 F220 F 四、三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用四、三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路組成框圖串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路組成框圖4.3.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路 晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中調(diào)整調(diào)整管工作在放大狀態(tài)管工作在放大狀態(tài)，管壓降較大，管壓降較大，且負載電流全部通過調(diào)整管，所以且負載電流全部通過調(diào)整管，所以管耗大，電源效率低。管耗大，

15、電源效率低。 開關(guān)型穩(wěn)壓電路中開關(guān)型穩(wěn)壓電路中調(diào)整管工作調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)在開關(guān)狀態(tài)（即飽和或截止狀態(tài)），（即飽和或截止狀態(tài)），使管耗減小，效率提高。因體積小、使管耗減小，效率提高。因體積小、重量輕、性能可靠，目前開關(guān)型穩(wěn)重量輕、性能可靠，目前開關(guān)型穩(wěn)壓電源得到了越來越廣泛的應(yīng)用。壓電源得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 開關(guān)脈沖發(fā)生器：開關(guān)脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生開關(guān)脈沖，產(chǎn)生開關(guān)脈沖，脈寬受比較廣大器控制，脈寬受比較廣大器控制，Uo升高時升高時開關(guān)脈沖變窄。開關(guān)脈沖變窄。 開關(guān)調(diào)整管：開關(guān)調(diào)整管：由功率管組成，由功率管組成，在開關(guān)脈沖控制下飽和或截止。在開關(guān)脈沖控制下飽和或截止。 儲能濾波電路：儲能濾波電

16、路：把調(diào)整管輸出把調(diào)整管輸出的斷續(xù)脈沖電壓變成連續(xù)的平滑的的斷續(xù)脈沖電壓變成連續(xù)的平滑的直流電壓。直流電壓。脈寬調(diào)制型開關(guān)電源脈寬調(diào)制型開關(guān)電源PWM是電壓是電壓-脈寬轉(zhuǎn)換電路，脈沖寬度受比較器的輸出電壓控制，簡稱脈寬調(diào)制器。脈寬轉(zhuǎn)換電路，脈沖寬度受比較器的輸出電壓控制，簡稱脈寬調(diào)制器。CW1524/CW2524/CW3524是脈寬調(diào)制器集成電路。是脈寬調(diào)制器集成電路。VRRUO)1 ( 1 . 523CW4960/4962系列集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列集成開關(guān)穩(wěn)壓器圖圖2-12-1自動勵磁調(diào)節(jié)器自動勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)(AVR)局部電路框圖局部電路框圖可控整流電路應(yīng)用舉例可控整流電路應(yīng)用舉例 電力系

17、統(tǒng)中，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器組成。電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器組成。自動調(diào)節(jié)裝置的作用是根據(jù)發(fā)電機電壓等因素的變化改變可控硅的導(dǎo)通角，從而改自動調(diào)節(jié)裝置的作用是根據(jù)發(fā)電機電壓等因素的變化改變可控硅的導(dǎo)通角，從而改變發(fā)電機的勵磁電流，以實現(xiàn)對電壓和無功功率的調(diào)節(jié)。變發(fā)電機的勵磁電流，以實現(xiàn)對電壓和無功功率的調(diào)節(jié)。 發(fā)電機發(fā)電機可控整流可控整流同軸交流勵磁機同軸交流勵磁機中頻發(fā)電機整流三相全控整流橋逆三相全控整流橋逆變滅磁的原理圖變滅磁的原理圖（同（同步發(fā)電機自動勵磁裝置中）步發(fā)電機自動勵磁裝置中） 當發(fā)電機或發(fā)當發(fā)電機或發(fā)電機電機-變

18、壓器組發(fā)變壓器組發(fā)生故障時，在繼電生故障時，在繼電保護動作將發(fā)電機保護動作將發(fā)電機斷路器跳開的同時，斷路器跳開的同時，需要迅速滅磁。需要迅速滅磁。 G P1P2N1N2仿真：測試晶閘管性能仿真：測試晶閘管性能 問題：問題： 1.給晶閘管陽極加正向電壓，管子是給晶閘管陽極加正向電壓，管子是否導(dǎo)通？否導(dǎo)通？ 2.給晶閘管陽極加反向電壓，管子是給晶閘管陽極加反向電壓，管子是否導(dǎo)通？否導(dǎo)通？ 3.給晶閘管陽極加正向電壓，且控制極加上正向電壓，管子給晶閘管陽極加正向電壓，且控制極加上正向電壓，管子是否導(dǎo)通？是否導(dǎo)通？4.晶閘管導(dǎo)通的情況下，撤消控制極電源，管子是否導(dǎo)通？晶閘管導(dǎo)通的情況下，撤消控制極電源

19、，管子是否導(dǎo)通？+ +- -+ +- -ug5.晶閘管導(dǎo)通的情況下，將陽極電源斷開或反接，管子是否會晶閘管導(dǎo)通的情況下，將陽極電源斷開或反接，管子是否會截止？截止？ 即撤掉控即撤掉控制極電壓，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。制極電壓，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。 必須使晶閘管陽極電流減小必須使晶閘管陽極電流減小, , 可以將陽極電源斷開或者在晶閘管的可以將陽極電源斷開或者在晶閘管的+ +- -+ +- -ug(1) 電路電路+VT仿真：可控整流仿真：可控整流 t1 2 22T , 0ouuU0,T2ouuU2To, 0uuUgu tO晶閘管晶閘管不導(dǎo)通不導(dǎo)通。0g u,t )時段時段（即即01 +VT12

20、t tuO2 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO導(dǎo)通角導(dǎo)通角 tOuO)d(212OtuU)d(sin2212ttU2cos145. 02U調(diào)節(jié)控制角叫移相，移相范圍：調(diào)節(jié)控制角叫移相，移相范圍：0 +TLeL+LTD+T1T2RLUoD1D2+ tOu tuO tT1uO2 tguOtuU)d(12O)d(sin212ttUU2cos19 . 02U兩種常用的半控整流電路兩種常用的半控整流電路電路電路 特點特點該電路只用一只晶閘管，且其上該電路只用一只晶閘管，且其上 無反向電壓。無反向電壓。2. 晶閘管和負載上的電流相同。晶閘管和負載上的電流相同。(1)uTD2D4u0R

21、L+-+-電路電路 特點特點 1. 該電路接入電感性負載時，該電路接入電感性負載時，D1、D2 便起便起 續(xù)流二極管作用。續(xù)流二極管作用。(2)2. 由于由于T1的陽極和的陽極和T2的陰極相連，兩管控的陰極相連，兩管控 制極必須加獨立的觸發(fā)信號。制極必須加獨立的觸發(fā)信號。T1T2D1D2uuORL+-+-相電壓波形三相全控整流應(yīng)用舉例三相全控整流應(yīng)用舉例三相全控整流橋逆變滅磁的原理圖三相全控整流橋逆變滅磁的原理圖（同步發(fā)電機自動勵磁裝置中）（同步發(fā)電機自動勵磁裝置中） 當發(fā)電機或發(fā)電機當發(fā)電機或發(fā)電機-變壓器組發(fā)生故障時，變壓器組發(fā)生故障時，在繼電保護動作將發(fā)電機斷路器跳開的同時，在繼電保護動

22、作將發(fā)電機斷路器跳開的同時，需要迅速滅磁。需要迅速滅磁。 ，一旦發(fā)生過，一旦發(fā)生過電流時，溫度急劇上升，可能將電流時，溫度急劇上升，可能將PNPN結(jié)燒壞，造成元結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開路。例如一只件內(nèi)部短路或開路。例如一只100A的的晶閘管晶閘管過電流過電流為為400A400A時，僅允許持續(xù)時，僅允許持續(xù)0.020.02秒，否則將因過熱而損秒，否則將因過熱而損壞；壞； 電壓超過其反電壓超過其反向擊穿電壓時，即使時間極短，也容易損壞。若正向擊穿電壓時，即使時間極短，也容易損壞。若正向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。的電流較大，使器件受損。與晶閘與晶閘 管串聯(lián)管串聯(lián)接在接在輸入輸入端端接在接在輸出輸出端端 RCRC 硒堆保護硒堆保護 (硒整流片硒整流片)晶閘管元件晶閘管元件 的阻容保護的阻容保護NPPN結(jié)結(jié)N型硅片型硅片