帶功率因數(shù)校正(APFC)的開關(guān)電源和充電電源

第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用1帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源第1頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用2減小對其供電電源的負面影響Vac變換器設(shè)備2Vac'變換器組合型電力電子變換電源設(shè)備1第2頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用3帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源AC/DC相控整流方案：變換器重量、體積大，給公用電網(wǎng)注入諧波電流，污染電網(wǎng)并降低電網(wǎng)功率因數(shù)效率低下第3頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用4帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源目標：實現(xiàn)輸入電流is的波形與交流電源電壓vs的波形同相------功率因數(shù)為1第4頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用5帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源第5頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用6帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源第6頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用7帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源1、輸入電流連續(xù)，諧波頻率高，EMI小

主要優(yōu)點：主要缺點：2、輸入電感可減少對輸入濾波器的要求，可防止電網(wǎng)對主電路高頻瞬態(tài)沖擊

3、開關(guān)器件的電壓不超過輸出電壓值

2、輸入、輸出間沒有絕緣隔離1、器件耐壓值大第7頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用8帶反激式功率因數(shù)校正器的高頻整流第8頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用9帶反激式功率因數(shù)校正器的高頻整流第9頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用10帶反激式功率因數(shù)校正器的高頻整流第10頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用11各種PFC電路第11頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用12電池充電電源

DC-DC蓄電池1、恒流充電2、恒壓充電第12頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用139.6.3電池充電電源(續(xù))1、恒流（限壓）充電階段：V<VRef，V2正值很大，二極管D2阻斷，VR不起控制作用，電池的充電電壓V從初值逐漸上升2、恒壓（限流）充電階段：V>VRef，V2下降，D2導(dǎo)通，D1阻斷，電流調(diào)節(jié)器IR退出調(diào)節(jié)作用，電壓調(diào)節(jié)器VR工作兩個充電階段：第13頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用149.1變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)9.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)9.3晶閘管相控整流—有源逆變的直流輸電系統(tǒng)9.4交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng)*9.5AC/DC—DC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源9.7熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源

9.8感應(yīng)加熱電源、電焊和電磁灶電源第九章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用第14頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用15熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源

1、白熾燈：熱光源，電一光轉(zhuǎn)換效率很低

2、熒光燈：冷光源，50HZ電源供電時電一光轉(zhuǎn)換效率也比鎢絲熾熱發(fā)光效率高3-4倍3、LED：節(jié)能效果非常顯著電阻溫度系數(shù)為正值電阻溫度系數(shù)為負值第15頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用169.1變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)9.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)9.3晶閘管相控整流—有源逆變的直流輸電系統(tǒng)9.4交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng)*9.5AC/DC—DC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關(guān)電源和充電電源9.7熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源9.8感應(yīng)加熱電源、電焊和電磁灶電源第九章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用第16頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用17感應(yīng)加熱電源加熱原理：線圈中注入中頻電流，產(chǎn)生中頻交變磁場，在金屬部件中感應(yīng)中頻渦流；金屬部件電阻耗損在金屬部件內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱能加熱電源：晶閘管逆變器為中頻諧振式逆變器，輸出頻率跟蹤感應(yīng)加熱線圈和C構(gòu)成的諧振頻率fr（一般逆變器的輸出頻率f略高于諧振頻率fr，為晶閘管提供負載換流的條件）第17頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用18高頻電焊電源普通電焊機：將電網(wǎng)50Hz交流電經(jīng)變壓器降壓再整流成低壓（如50V）直流作電焊電源：重量、體積大，焊接特性調(diào)控不理想

高頻電焊機：采用AC/DC一DC/AC一AC/DC三級變換；用中頻變壓器取代了50Hz工頻變壓器，故重量輕、體積??；高頻逆變器可對焊接過程進行快速的調(diào)控從而改善焊接特性第18頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用19電磁灶電源普通加熱：電飯煲和煤氣爐加熱時，大量熱能逸出到空間，電一熱轉(zhuǎn)換效率低高頻感應(yīng)加熱：將50Hz交流電源整流濾波后，由一個全控開關(guān)T控制感應(yīng)線圈和諧振電容C構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路，將直流電壓VD逆變?yōu)?5-40kHz的高頻電能對感應(yīng)線圈供電，電一熱轉(zhuǎn)換效率高第19頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用20小結(jié)組合型電力電子變換電源含有直流中間環(huán)節(jié)的交流—直流—交流兩級變換交流電源含有交流中間環(huán)節(jié)的直流—交流—直流二級變換直流電源有中間直流環(huán)節(jié)的多級交流電源的應(yīng)用領(lǐng)域涉及變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、不間斷電源UPS、交流電動機變速傳動系統(tǒng)等有中間交流環(huán)節(jié)的直流電源，常用于對供電質(zhì)量要求較高的直流負載，例如通訊系統(tǒng)中直流基礎(chǔ)電源等第20頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用21第十章電力電子開關(guān)型補償控制器10.1電力傳輸基本運行特性10.2晶閘管開關(guān)型并聯(lián)補償控制器(TSC、TCR)10.3晶閘管開關(guān)型串聯(lián)電容補償(TCSC、GCSC*)10.4PWM變流器型靜止同步并聯(lián)補償器(STATCOM)10.5PWM變流器型靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)10.6諧波電流補償器(HCC)10.7諧波電壓補償器(HVC)10.8統(tǒng)一潮流控制器(UPFC*)10.9統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC*)

第21頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用22簡單輸電系統(tǒng)VsbVsaVscPQVsVrI第22頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用23簡單輸電系統(tǒng)第23頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用24簡單輸電系統(tǒng)第24頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用25第10章電力電子開關(guān)型補償控制器10.1電力傳輸基本運行特性10.2晶閘管開關(guān)型并聯(lián)補償控制器(TSC、TCR)10.3晶閘管開關(guān)型串聯(lián)電容補償(TCSC、GCSC*)10.4PWM變流器型靜止同步并聯(lián)補償器(STATCOM)10.5PWM變流器型靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)10.6諧波電流補償器(HCC)10.7諧波電壓補償器(HVC)10.8統(tǒng)一潮流控制器(UPFC*)10.9統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC*)第25頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用26VsbVsaVsc晶閘管投、切并聯(lián)電容器（TSC）原理與特性第26頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用27晶閘管投、切并聯(lián)電容器（TSC）原理與特性價格便宜，控制簡單。電壓過零投切，不能相控！第27頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用28C1C2C3C4C5…=1C=2C=2C=5C晶閘管投、切并聯(lián)電容器（TSC）原理與特性第28頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用29晶閘管投、切并聯(lián)電容器（TSC）原理與特性VsbVsaVsc第29頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用30晶閘管相控并聯(lián)電抗器（TCR）VaVbVc第30頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用31能連續(xù)調(diào)節(jié)，可與TSC配合使用。導(dǎo)通延遲控制產(chǎn)生諧波電流！晶閘管相控并聯(lián)電抗器（TCR）第31頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用32TCR+TSC第32頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用33第十章電力電子開關(guān)型補償控制器10.1電力傳輸基本運行特性

10.2晶閘管開關(guān)型并聯(lián)補償控制器(TSC、TCR)10.3晶閘管開關(guān)型串聯(lián)電容補償器(TCSC、GCSC*)10.4PWM變流器型靜止同步并聯(lián)補償器(STATCOM)10.5PWM變流器型靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)10.6諧波電流補償器(HCC)10.7諧波電壓補償器(HVC)

10.8統(tǒng)一潮流控制器(UPFC*)10.9統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC*)

第33頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用34補償補償VsbVsaVscTCSC原理第34頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用35TCSC原理第35頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用36TCSC原理第36頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用37TCSC特性

能連續(xù)調(diào)節(jié)，容性與感性工作區(qū)。TCR導(dǎo)通延遲控制產(chǎn)生諧波電流！第37頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用38第10章電力電子開關(guān)型補償控制器10.1電力傳輸基本運行特性10.2晶閘管開關(guān)型并聯(lián)補償控制器(TSC、TCR)10.3晶閘管開關(guān)型串聯(lián)電容補償(TCSC、GCSC*)10.4PWM變流器型靜止同步并聯(lián)補償器(STATCOM)10.5PWM變流器型靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)

10.6諧波電流補償器(HCC)10.7諧波電壓補償器(HVC)10.8統(tǒng)一潮流控制器(UPFC*)10.9統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC*)第38頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用39STATCOM原理VsVibViaVic第39頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用40

同步電壓源，感性、容性工作區(qū)。

可控性強，損耗不大。STATCOM原理第40頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用41STATCOM原理第41頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用42

幅值、相位控制框圖。

直流側(cè)電壓、無功功率閉環(huán)調(diào)節(jié)。VsViSTATCOM控制第42頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用43STATCOMVDC1C2Ta1Ta2Ta3Ta4ODa1Da2Tb1Tb2Tb3Tb4Db1Db2Tc1Tc2Tc3Tc4Dc1Dc2ABC第43頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用44STATCOMVD1VD2VD1VD2VD1VD2ABC第44頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用45SSSC原理控制保證1第45頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用46SSSC原理控制保證23外部結(jié)構(gòu)保證保持不變4外部結(jié)構(gòu)保證保持不變大小和相位可控DVR第46頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變換電源的應(yīng)用47第10章電力電子開關(guān)型補償控制器10.1電力傳輸基本運行特性10.2晶閘管開關(guān)型并聯(lián)補償控制器(TSC、TCR)10.3晶閘管開關(guān)型串聯(lián)電容補償(TCSC、GCSC*)10.4PWM變流器型靜止同步并聯(lián)補償器(STATCOM)10.5PWM變流器型靜止同步串聯(lián)補償器(SSSC)10.6諧波電流補償器(HCC)10.7諧波電壓補償器(HVC)

10.8統(tǒng)一潮流控制器(UPFC*)10.9統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPQC*)第47頁/共54頁第9章多級開關(guān)電路組合型電力電子變