第8章電力電子裝置(組合變流電路)

教案編寫：肖強暉廖無限授課教師：肖強暉電氣工程系電氣工程教研室現(xiàn)代電力電子技術(shù)ModernPowerElectronics第8章電力電子安裝重點和難點1、間接交流變流電路可分為電壓型和電流型，掌握它們的各種構(gòu)成方式及特點2、交直交變頻器與交流電機構(gòu)成變頻調(diào)速系統(tǒng)，重點了解恒壓頻比控制方法，并了解轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等其他控制方法：3、CVCF變流電路主要用于UPS，掌握其根本構(gòu)成方式，特點及主電路構(gòu)造。4、掌握間接直流變換電路中的能量轉(zhuǎn)換過程為直流——交流——直流，交流環(huán)節(jié)含有變壓器。第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)本章概述1〕常用的電力電子安裝通常是由前述章節(jié)所學的不同電路組成，本章重點講述有關(guān)這些電力電子安裝根本組合變流電路。2〕另外還要引見電力電子安裝幾個典型的運用第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)8.1組合變流電路引言8.1.1間接交流變流電路8.1.2間接直流變流電路引言8.1組合變流電路引言8.1.1間接交流變流電路8.1.2間接直流變流電路8.1.1間接交流變流電路8.1.1間接交流變流電路8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1間接交流變流電路8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.2交直交變頻器8.1.1間接交流變流電路8.1.1.1間接交流變流電路原理8.1.1.2交直交變頻器8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1.1.3恒壓恒頻〔CVCF〕電源8.1組合變流電路引言8.1.1間接交流變流電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.1正激電路8.1.2.1正激電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.2反邀電路8.1.2.2反邀電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.3半橋電路8.1.2.3半橋電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.4全橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.5推挽電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.5推挽電路8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2間接直流變流電路8.1.2.1正激電路8.1.2.2反邀電路8.1.2.3半橋電路8.1.2.4全橋電路8.1.2.5推挽電路8.1.2.6全波整流和全橋整流8.1.2.7開關(guān)電源8.1.2.7開關(guān)電源有關(guān)開關(guān)電源的詳細內(nèi)容，請參見下一節(jié)第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)8.2開關(guān)電源概述8.2.1開關(guān)電源的任務原理8.2.2開關(guān)電源的運用開關(guān)電源——概述指起電壓調(diào)整功能的器件一直任務在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓電源：通常分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。簡稱開關(guān)電源(SwitchingPowerSupply)，指起電壓調(diào)整功能的器件一直以開關(guān)方式任務的一種直流穩(wěn)壓電源。1、線性穩(wěn)壓電源：2、開關(guān)穩(wěn)壓電源：8.2開關(guān)電源概述8.2.1開關(guān)電源的任務原理8.2.2開關(guān)電源的運用1、線性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點：優(yōu)良的紋涉及動態(tài)呼應特性；缺陷：〔1〕輸入采用50Hz工頻變壓器，體積龐大；〔2〕電壓調(diào)整器件任務在線性放大區(qū)內(nèi),損耗大,效率低；〔3〕過載才干差。圖8.29線性穩(wěn)壓電源方框圖8.2.1開關(guān)電源的任務原理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的高頻方波或準方波電壓，經(jīng)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。經(jīng)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8.30開關(guān)電源原理框圖任務原理：8.2.1開關(guān)電源的任務原理圖8.30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)導通用時間。兩種改動占空比的控制方式：1〕脈沖寬度調(diào)制控制(PWM)2、開關(guān)電源：2〕脈沖頻率調(diào)制控制(PFM)8.2.1開關(guān)電源的任務原理圖8.31PWM控制方式1〕脈沖寬度控制：堅持開關(guān)頻率(開關(guān)周期Ts)不變，經(jīng)過改動Ton來改動占空比D，從而到達改動輸出電壓的目的。假設占空比D越大，那么經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。堅持導通時間Ton不變，經(jīng)過改動開關(guān)頻率(即開關(guān)周期)而到達改動占空比的目的。任務頻率不固定，呵斥濾波器設計困難。2〕脈沖頻率控制：8.2.1開關(guān)電源的任務原理〔1〕功耗小、效率高?！?〕體積小、分量輕?！?〕穩(wěn)壓范圍寬。〔4〕電路方式靈敏多樣。開關(guān)電源缺陷：主要是存在開關(guān)噪聲干擾。開關(guān)電源優(yōu)點：8.2.1開關(guān)電源的任務原理8.2開關(guān)電源概述8.2.1開關(guān)電源的任務原理8.2.2開關(guān)電源的運用圖8.32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。1、開關(guān)電源的運用8.2.2開關(guān)電源的運用2、各功能塊的詳細電路簡介：(1)交流進線濾波器圖8.33交流進線EMI濾波器該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號。電路構(gòu)造：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)成的低通濾波器那么用來抑制差模干擾信號。作用：防止開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲進入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進入開關(guān)電源內(nèi)部，干擾開關(guān)電源的正常任務。8.2.2開關(guān)電源的運用(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，而對于大功率電源那么采用全波或橋式整流電路。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8.2.2開關(guān)電源的運用PWM控制器SG3525引腳闡明圖8.34SG3525的內(nèi)部構(gòu)造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)理死區(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，該腳為高電平常，輸出驅(qū)動脈沖信號被封鎖,用于缺點維護；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，其范圍由于8V～35V；⒃腳：內(nèi)部+5V基準電壓輸出。②腳：誤差放大器同相輸入端；8.2.2開關(guān)電源的運用(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。輸出電壓的反響信號UOF與電壓給定信號UOG相減，其誤差信號經(jīng)PI調(diào)理器后構(gòu)成輸出電感的電流給定，再與電感電流的反響信號IOF相減得電流誤差信號，經(jīng)PI調(diào)理器后送入PWM控制器SG3525，然后與控制器內(nèi)部三角波比較構(gòu)成PWM信號。該PWM信號再經(jīng)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)動和過流維護集于一體，能驅(qū)動電壓為600V和1200V系列電流容量不大于400AIGBT。圖8.35IGBT驅(qū)動電路8.2.2開關(guān)電源的運用第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)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，影響其他電子設備正常運轉(zhuǎn)。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〕能夠會與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，從而導致系統(tǒng)無法正常任務。4〕LC濾波器體積龐大。特點：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)8.3有源功率因數(shù)校正與無源校正抑制諧波的區(qū)別：能進一步抑制安裝的低次諧波，提高安裝的功率因數(shù)。與普通的開關(guān)電源的區(qū)別：〔1〕

PFC電路不僅反響輸出電壓，還反響輸入平均電流；〔2〕PFC電路的電流環(huán)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全波整流電壓取樣信號的乘積。1〕特點：2、有源功率因數(shù)校正電路〔PFC〕2〕任務原理：有源功率因數(shù)校正技術(shù)(ActitePowerFilterCorrection，簡稱APFC或PFC)就是在傳統(tǒng)的整流電路中參與有源開關(guān)，經(jīng)過控制有源開關(guān)的通斷來強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)。8.3有源功率因數(shù)校正圖8.36Boost－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構(gòu)成基準電流信號?；鶞孰娏餍盘柵c電流反響信號相減，誤差信號經(jīng)電流誤差放大器CA后再與鋸齒波相比較構(gòu)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，使電流跟蹤基準電流信號變化。PFC技術(shù)的任務原理8.3有源功率因數(shù)校正PFC集成控制電路UC3854及其運用圖8.37UC3854內(nèi)部構(gòu)造框圖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基準電壓等。8.3有源功率因數(shù)校正圖8.38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，只需改動主電路中的電感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及其運用8.3有源功率因數(shù)校正BoostPFC單相整流器的主電路1.主電路構(gòu)造在實踐運用中，BoostPFC單相整流器的主電路如以下圖所示。——PFC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正BoostPFC單相整流器的主電路1.主電路構(gòu)造在以下圖中，主電路包括直流側(cè)平波電感LA〔又稱Boost電感〕、單相不可控整流電路、IGBT回路、緩沖吸收回路、高頻整流二極管、直流側(cè)濾波電容、均壓電阻、以及電網(wǎng)側(cè)電壓、電流檢測電路和直流側(cè)電壓檢測電路等幾個部分?！狿FC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正在BoostPFC單相整流器的實踐運用主電路中還有一個軟起動電路部分，在圖中沒有畫出〔是與直流側(cè)電壓欠壓維護聯(lián)鎖控制的〕。BoostPFC單相整流器的主電路在單相220V電網(wǎng)中，QA〔IGBT器件〕選用600V耐壓的新型NPT-IGBT器件；直流側(cè)濾波電容C6和C7選用300VDC耐壓的電解電容器；R6和R7是均壓電阻，以堅持C6和C7上的電壓平衡，同時作為BoostPFC單相整流器的固定負載，普通可以按R6和R7的總功耗為整流器額定功率的2～8‰選??；R3和C3是并聯(lián)高頻濾波回路，C3選取500V或600V耐壓的無極性電容器；——PFC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正R2和C2組成了IGBT的緩沖吸收回路，R1和C1組成了整流二極管DA的緩沖吸收回路，其中R1和R2采用無感功率電阻，C1和C2采用1200V的無感吸收電容，DA選用快恢復二極管。直流側(cè)電壓的給定值的選擇要根據(jù)電網(wǎng)電壓的允許動搖范圍而定，例如——PFC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正由于中間回路與電網(wǎng)之間存在著復雜的能量交換過程，普通在實踐產(chǎn)品中選擇10～30p.u.〔標么值〕作為中間回路支撐電容器的取值。實踐上，在BoostPFC單相整流器中還必需設置一些必要的維護措施，以保證整流器的可靠運轉(zhuǎn)。普通均設置有如下維護：——PFC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正①電網(wǎng)電壓的過壓維護，采用帶回差的維護；②電網(wǎng)電壓的欠壓維護〔回差維護〕；③交流輸入電流的過流維護〔鎖死維護〕；④交流輸入電流的過載維護〔鎖死維護〕；⑤直流側(cè)電壓的欠壓維護〔回差維護〕，并且與整流器的軟起動維護聯(lián)鎖去控制軟起動電路；⑥直流側(cè)電壓的過壓維護〔鎖死維護〕；⑦IGBT模塊的過溫維護〔回差維護〕等。2.控制構(gòu)造采用平均電流控制的構(gòu)造框圖如以下圖所示。目前，商品化的BoostPFC單相整流器采用Unitrode公司消費的UC3854A/B集成控制芯片作為平均電流控制方案的中心器件。UC3854A/B集成控制芯片可以到達的最正確控制效果為：①電網(wǎng)輸入電流的諧波畸變率控制在5%以下；②電網(wǎng)輸入功率因數(shù)控制在0.95以上，最好可到達0.99?！狿FC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正BoostPFC單相整流器控制構(gòu)造框圖3.BoostPFC控制技術(shù)的特點①具有電路構(gòu)造簡單緊湊、交流輸入電壓范圍寬、動態(tài)性能良好等等優(yōu)點；②對單相電網(wǎng)輸入電流的補償效果好，但是嚴重依賴于電網(wǎng)電壓的波形質(zhì)量，也就是說對電網(wǎng)電壓波形的順應性差；③直流平波電感的設計應該以控制其溫升為目的，以提高其運用壽命；——PFC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正BoostPFC單相整流器的主電路④QA〔IGBT器件〕回路中應適當?shù)卮胍粋€限流電阻或飽和電感〔圖4-5中的RQ或LQ〕，以降低IGBT器件的損壞率；⑤高頻整流二極管DA采用快恢復二極管，以縮短反向恢復時間，減小器件的損耗；⑥直流側(cè)濾波用電解電容器的容量太大，在實踐產(chǎn)品中有的竟然采用30p.u.的取值，比三相PWM整流器的直流側(cè)電解電容器取值〔≤4.0p.u.〕大得太多；⑦能量只能一方向流動，即只能從電網(wǎng)流向負載?！狿FC控制電路運用和設計舉例8.3有源功率因數(shù)校正BoostPFC單相整流器的主電路第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)——UninterrupitablePowerSystem,簡稱UPSUPS電源安裝在保證不延續(xù)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，在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、郵電通訊、銀行證劵、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療、交通、航空等領域得到廣泛運用。不延續(xù)電源：8.4不延續(xù)電源〔UPS〕UPS的分類1、后備式UPS根據(jù)任務方式，UPS電源分：圖8.39后備式UPS的根本構(gòu)造市電存在時，逆變器不任務，市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向負載供電，同時充電器任務，對蓄電池組浮充電。市電掉電時，逆變器任務，將蓄電池供應的直流電壓變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的交流電壓，繼續(xù)向負載供電。輸出電壓波形有方波、準方波和正弦波三種方式。特點：構(gòu)造簡單、本錢低、運轉(zhuǎn)效率高、價錢廉價，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。8.4不延續(xù)電源〔UPS〕2、線式UPS圖8.40在線式UPS的根本構(gòu)造正常任務時，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應負載。當市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負載不延續(xù)供電。假設逆變器發(fā)生缺點，UPS那么經(jīng)過靜態(tài)開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。當缺點消逝后，UPS又重新切換到由逆變器向負載供電。特點：總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電形狀，輸出電壓動態(tài)呼應特性好，波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS。UPS的分類8.4不延續(xù)電源〔UPS〕——UPS電源中的整流器1〕對于小功率UPS，整流器普通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，整流器普通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，還要向蓄電池進展充電，因此，整流器的輸出電壓必需是可控的。3〕減少UPS注入電網(wǎng)的諧波電流的方法：〔1〕添加整流電路的相數(shù)；〔2〕在整流器的輸入側(cè)添加有源或無源濾波器。4〕目前，比較先進的UPS采用PWM整流電路，可以做到注入電網(wǎng)的電流根本接近正弦波，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：8.4不延續(xù)電源〔UPS〕任務原理——PWM整流電路圖8.41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。假設忽略這種脈動，is為頻率與電源頻率一樣的正弦波。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的相位差決議。改動uAB中基波分量的幅值和相位，就可以使is與us同相位，電路任務在整流形狀，且功率因數(shù)為1。8.4不延續(xù)電源〔UPS〕直流輸出電壓給定信號Ud*和實踐的直流電壓Ud比較后送入PI調(diào)理器，PI調(diào)理器的輸出即為整流器交流輸入電流的幅值，它與規(guī)范正弦波相乘后構(gòu)成交流輸入電流的給定信號is*，is*與實踐的交流輸入電流is進展比較，誤差信號經(jīng)比例調(diào)理器放大后送入比較器，再與三角載波信號比較構(gòu)成PWM信號。該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路后去驅(qū)動主電路開關(guān)器件，便可使實踐的交流輸入電流跟蹤指令值，從而到達控制輸出電壓的目的。圖8.42直接電流控制系統(tǒng)構(gòu)造圖單相PWM整流電路采用直接電流控制時的控制系統(tǒng)構(gòu)造簡圖——PWM整流電路8.4不延續(xù)電源〔UPS〕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，分析逆變器的任務原理。HF越小，那么闡明UPS輸出電壓波形越接近理想的正弦波?！猆PS電源中的逆變器8.4不延續(xù)電源〔UPS〕圖8.43UPS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)器件普通為MOSFET，而對于大功率UPS，那么采用IGBT。為濾去開關(guān)頻率噪聲，輸出采用LC濾波電路，由于開關(guān)頻率普通大于20kHz，因此，采用較小的LC濾波器。輸出隔離變壓器實現(xiàn)逆變器與負載隔離，防止它們之間電的直接聯(lián)絡，從而減少干擾。1、電路構(gòu)造：——UPS電源中的逆變器8.4不延續(xù)電源〔UPS〕圖8.43UPS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，將其輸入規(guī)范正弦波發(fā)生器，便產(chǎn)生與市電同步的規(guī)范正弦波信號。該信號與輸出有效值調(diào)理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響信號uf相減，誤差信號經(jīng)P調(diào)理器后，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，從而到達控制輸出電壓的目的。2、任務原理：——UPS電源中的逆變器8.4不延續(xù)電源〔UPS〕為了進一步提高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)生缺點或維護檢修時，無延續(xù)地將負載切換到市電上，由市電直接供電。圖8.44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、任務原理：一只晶閘管用于經(jīng)過正半周電流，另一只晶閘管那么用于經(jīng)過負半周電流。2、電路構(gòu)造：3、靜態(tài)開關(guān)的切換方式：靜態(tài)開關(guān)的主電路普通由兩只晶閘管開關(guān)反并聯(lián)組成，——UPS的靜態(tài)開關(guān)8.4不延續(xù)電源〔UPS〕圖8.44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同時導通，此時，市電和逆變器同時向負載供電。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延續(xù)?！?〕在切換的過程中，逆變器必需跟蹤市電的頻率、相位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，燒壞逆變器。任務原理：特點：——UPS的靜態(tài)開關(guān)8.4不延續(xù)電源〔UPS〕圖8.44單相輸出UPS的靜態(tài)開關(guān)原理圖先封鎖正在導通的靜態(tài)開關(guān)觸發(fā)脈沖，延遲一段時間，待導通的靜態(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：先斷后通會呵斥負載短時延續(xù)電。任務原理：特點：——UPS的靜態(tài)開關(guān)8.4不延續(xù)電源〔UPS〕第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)8.5靜止無功補償安裝根椐所采用的電力電子器件，靜止無功補償安裝分為兩大類型：1、采用晶閘管開關(guān)的靜止無功補償安裝：1〕晶閘管控制電抗器〔ThyristorControlledReactor—TCR〕2〕晶閘管投切電容器〔ThyristorSwitchedCapacitor—TSC〕2、采用自換相變流器的靜止無功補償安裝：也即〔靜止無功發(fā)生器〔StaticVarGenerator—SVG〕或高級靜止無功補償安裝〔AdTancedStaticVarCompensator—ASVC〕。1、組成：由電力電子器件與儲能元件構(gòu)成。2、特點：在于能快速調(diào)理容性和感性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償。3、運用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負荷引起的電壓動搖干擾、重負荷忽然投切呵斥的無功功率劇烈變化?！睸taticVarCompensator—SVC〕晶閘管控制電抗器(TCR)根本原理：圖8.45TCR的根本原理圖其單相根本構(gòu)造是兩個反并聯(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，就相當于電感負載的交流調(diào)壓電路構(gòu)造。其任務原理和不同觸發(fā)角時的任務波形與交流調(diào)壓電路完全一樣。晶閘管投切電容器(TSC)任務原理：圖8.46TSC單相機構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖任務時，TSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當控制電路檢測到電網(wǎng)需求無功補償時，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關(guān)并使之導通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進展無功補償；當電網(wǎng)不需求無功補償時，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實踐上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動態(tài)無功補償安裝。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。晶閘管投切電容器(TSC)1、TSC主電路普通將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖8.4.3所示。電容器分組通常采用二進制方案，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8.47TSC主電路2、零電壓投入問題為使補償電容器的投入與切除過程不引發(fā)主電路的涌流沖擊，必需選擇預備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)線電壓的正或負峰值且電壓極性一樣的時辰，切除時只需吊銷觸發(fā)信號即可，開關(guān)在電流過零之后會自行關(guān)斷。圖8.48晶閘管電壓過零觸發(fā)電路表示圖晶閘管投切電容器(TSC)3、電容器投切判據(jù)與信號檢測在圖8.49中設節(jié)點相電壓為：圖8.49節(jié)點相電壓與負載電流負載電流為：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ωt=2kπ時：可見，只需丈量在相電壓正向過零時辰的負載電流，就可知對應的無功電流最大值IQM。這種無功電流檢測方法簡單、快速〔在一個周期內(nèi)只需采樣一次〕?！?〕以無功電流為投切判據(jù)〔1〕以無功電流為投切判據(jù)晶閘管投切電容器(TSC)上式△C即為全補償所需投切的電容量，△C為負值，那么是切除相應容量的電容器；反之，那么應投入相應容量的電容器。圖8.50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，作為采樣堅持器的采樣開關(guān)信號，于是采樣堅持器的輸出就是無功電流幅值。圖8.49中，iL=ic+is，假設使iq=ic，那么實現(xiàn)了完全補償。圖8.50無功電流為投切判據(jù)的檢測電路原理圖由和可得〔2〕以無功功率為投切判據(jù)晶閘管投切電容器(TSC)可讓單片機經(jīng)過Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換同時對和信號在一個周期內(nèi)進展Ｎ次采樣，得到2Ｎ個數(shù)據(jù)，由此進展下述離散運算得到UBC、IA和PBC：對于對稱三相補償，只需取恣意兩相電壓〔線電壓〕和另一相電流，就可測得無功功率。圖8.51檢測A相電流和BC相線電壓向量圖由于PBC=UBCIAsinΦ，那么功率因數(shù)為:4、控制器原理框圖晶閘管投切電容器(TSC)圖8.52TSC控制器原理框圖TSC的控制器主要由單片機、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8.52所示。靜止無功發(fā)生器(SVG)任務原理圖8.53SVG根本電路構(gòu)造適當調(diào)理橋式電路交流側(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)無功補償?shù)哪康?。圖8.53給出了采用自換相電壓型橋式的SVG根本電路構(gòu)造。靜止無功發(fā)生器(SVG)任務原理圖8.54SVG等效電路及其任務原理經(jīng)過同步電路控制，使與同頻同相，然后改動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。僅思索基波頻率時SVG任務原理可以用圖8.54〔a〕所示的單相等效電路來闡明。當大于時，電流超前電壓90°，SVG吸收容性無功功率；當小于時，電流滯后電壓90°，SVG吸收感性無功功率。第8章電力電子安裝概述8.1組合變流電路8.2開關(guān)電源8.3有源功率因數(shù)校正8.4不延續(xù)電源〔UPS〕8.5靜止無功補償安裝8.6變頻調(diào)速安裝本章小結(jié)8.6變頻調(diào)速安裝假設均勻地改動定子頻率，那么可以平滑地改動電機的轉(zhuǎn)速。

由交流電機的轉(zhuǎn)速公式：可以看出：因此，在各種異步電機調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速的性能最好，使得交流電機的調(diào)速性能可與直流電機相媲美，同時效率高，是交流調(diào)速的主要開展方向。8.6變頻調(diào)速安裝〔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——變頻調(diào)速的根本控制方式〔1〕基頻以下的變頻調(diào)速三相異步電動機的每相電動勢為：

式中：——定子每相感應電動勢的有效值；——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，必需相應地改動定子電壓U，以保證氣隙磁通不超越設計值。假設使=常數(shù)，那么在調(diào)速過程中可維持近似不變，這就是恒壓頻比控制方式。〔8.6.1〕ω當U不變時，隨著電源輸入頻率的降低，將會相應添加。8.6變頻調(diào)速安裝8.6變頻調(diào)速安裝〔2〕基頻以上的變頻調(diào)速當電壓U一定時，電機的氣隙磁通隨著頻率f的升高成比例下降，類似直流電機的弱磁調(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，可使電機的轉(zhuǎn)速添加。由于電機的電壓不能超越其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻時，U只能堅持在額定值。根據(jù)式(8.6.1)：——變頻調(diào)速安裝的分類〔1〕間接變頻調(diào)速安裝圖8.55間接變頻安裝的三種機構(gòu)方式間接變頻調(diào)速安裝即交不斷一交變頻安裝，首先將工頻交流電源經(jīng)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。按照電路構(gòu)造和控制方式的不同，間接變頻安裝又可以分為三種，如圖8.55〔a〕、〔b〕、