電力電子技術第4版電力電子裝置課件

1、電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置電力電子技術電力電子技術(第第4版版)電力電子技術第4版電力電子裝置 定義定義：由基本電力電子電路組成的用于電能的變換和控：由基本電力電子電路組成的用于電能的變換和控制的裝置稱為電力電子裝置（制的裝置稱為電力電子裝置（Power Electronic Equipment Power Electronic Equipment ),),又稱為變流裝置。又稱為變流裝置。 用途用途： 直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電源可由整流器或直流變流器組成，用于直流電動機調(diào)速、金屬焊接、充電、電鍍和科學儀器等的電直流電動機調(diào)速、金屬焊

2、接、充電、電鍍和科學儀器等的電源；交流電源可由變頻器組成，分為變頻變壓電源（用于交源；交流電源可由變頻器組成，分為變頻變壓電源（用于交流籠型異步電動機調(diào)速）、恒頻恒壓電源（構成交流不間斷流籠型異步電動機調(diào)速）、恒頻恒壓電源（構成交流不間斷電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感加熱電源、高頻加熱電源等電源）、交流穩(wěn)壓電源、中頻感加熱電源、高頻加熱電源等；利用電力電子器件的快速開關性能，還可構成無功補償裝；利用電力電子器件的快速開關性能，還可構成無功補償裝置、靜止式無觸點大功率開關以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點大置、靜止式無觸點大功率開關以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式有觸點大功率開關。功率開關。 目前變流裝置正沿著智能化、模

3、塊化、小型化、高效和目前變流裝置正沿著智能化、模塊化、小型化、高效和高可靠性方向發(fā)展，使之應用領域不斷擴大。高可靠性方向發(fā)展，使之應用領域不斷擴大。電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置 一般情況下電力電一般情況下電力電子裝置由控制電路、驅(qū)子裝置由控制電路、驅(qū)動電路、檢測電路和以動電路、

4、檢測電路和以電力電子器件為核心的電力電子器件為核心的主電路組成，如圖主電路組成，如圖7.1.1所示。所示。7.1.1 電力電子的一般模型電力電子的一般模型圖圖7.1.1 7.1.1 電力電子裝置的一般組成電力電子裝置的一般組成 電力電子裝置是電能變換設備，它的使用現(xiàn)場不可避免電力電子裝置是電能變換設備，它的使用現(xiàn)場不可避免存在嚴重電磁干擾。強干擾信號竄入裝置中除可能直接使電存在嚴重電磁干擾。強干擾信號竄入裝置中除可能直接使電力電子器件誤動作外，還會干擾裝置的控制電路，使裝置誤力電子器件誤動作外，還會干擾裝置的控制電路，使裝置誤動作。動作。電力電子技術第4版電力電子裝置抗干擾的技術措施：抗干擾的

5、技術措施： 抑制干擾信號的強度，例如交流繼電器、交流接觸器觸點并聯(lián)電容抑制干擾信號的強度，例如交流繼電器、交流接觸器觸點并聯(lián)電容，可減小觸點通斷時的電火花干擾；，可減小觸點通斷時的電火花干擾； 合理布線以減小導線間的分布電容、分布電感和互感，防止干擾信合理布線以減小導線間的分布電容、分布電感和互感，防止干擾信號竄入；號竄入； 實施電磁屏蔽；實施電磁屏蔽； 正確選擇接地點并良好接地；正確選擇接地點并良好接地； 加強電路本身的抗干擾能力，設計時選用抗干擾性能好的電子元件加強電路本身的抗干擾能力，設計時選用抗干擾性能好的電子元件； 控制電路共用直流穩(wěn)壓電源時，電路各部分應單獨引線；控制電路共用直流穩(wěn)

6、壓電源時，電路各部分應單獨引線； 在信號強度允許條件下盡量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗；在信號強度允許條件下盡量降低各單元電路的輸入、輸出阻抗； 采用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號源或控制電路與電采用變壓器耦合等隔離手段，將控制電路與信號源或控制電路與電力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號竄入。力電子裝置的主電路在電路上隔離，防止干擾信號竄入。7.1.1 電力電子的一般模型電力電子的一般模型電力電子技術第4版電力電子裝置第第7 7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功

7、率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理 穩(wěn)壓電源：穩(wěn)壓電源： 線性穩(wěn)壓電源：線性穩(wěn)壓電源：指起電壓調(diào)整功能的器件始終工指起電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。作在線性放大區(qū)的直流穩(wěn)壓電源。開關穩(wěn)壓電源：開關穩(wěn)壓電源：簡稱開關電源簡稱開關電源(Switching Power (Switching Power Supply)Supply)，指起電壓調(diào)整功能的器件始終以開關方式，指起電壓調(diào)整功能的器件始終以開

8、關方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。工作的一種直流穩(wěn)壓電源。 電力電子技術第4版電力電子裝置1 1、線性穩(wěn)壓電源：、線性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點：優(yōu)點： 優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應特性；優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應特性；缺點：缺點：（1 1）輸入采用）輸入采用50Hz50Hz工頻變壓器，體積龐大；工頻變壓器，體積龐大； （2 2）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi)）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi),損耗大損耗大,效率低；效率低； （3 3） 過載能力差。過載能力差。圖圖7.2.1 線性穩(wěn)壓電源方框圖線性穩(wěn)壓電源方框圖 7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理電力電子技術第4版電力電子裝置2 2、開關穩(wěn)壓電源、開關穩(wěn)壓電源

9、： 50Hz單相交流單相交流220V電壓或三相交流電壓或三相交流220V/380V電壓經(jīng)電壓經(jīng)EMI防電磁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)百電路變換為數(shù)十或數(shù)百kHz的高頻方波或準方波電壓，通過高頻變壓器的高頻方波或準方波電壓，通過高頻變壓器隔離并降壓隔離并降壓(或升壓或升壓)后，再經(jīng)高頻整流、濾波電路，最后輸出直流電壓。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管通過取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動電路，控制變換器中功率開關

10、管的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。的占空比，便能得到穩(wěn)定的輸出電壓。圖圖7.2.2 開關電源原理框圖開關電源原理框圖工作原理：工作原理：7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.2.2 開關電源原理框圖開關電源原理框圖開關管占空比定義為：開關管占空比定義為：D=Ton/Ts；其中其中Ts為開關管的開關周期為開關管的開關周期,Ton為一個周期內(nèi)導通用時間為一個周期內(nèi)導通用時間 。兩種改變占空比的控制方式兩種改變占空比的控制方式 ：1）脈沖寬度調(diào)制控制）脈沖寬度調(diào)制控制(PWM) 2）脈沖頻率調(diào)制控制）脈沖頻率調(diào)制控制(PFM)2 2、開關穩(wěn)壓電源、開

11、關穩(wěn)壓電源：7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.2.3 PWM控制方式控制方式 1） 脈沖寬度控制：脈沖寬度控制： 保持開關頻率保持開關頻率(開關周期開關周期Ts)不變，通過改變不變，通過改變Ton來來 改變改變占空比占空比 D，從而達到改變輸出電壓的目的。如果占空比，從而達到改變輸出電壓的目的。如果占空比D越越大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。 2）脈沖頻率控制：）脈沖頻率控制：保持導通時間保持導通時間Ton不變，通過改變開關頻率不變，通過改變開關頻率(即開關周期即開關周期)而達到改變占空比的目的。而達到改變

12、占空比的目的。工作頻率不固定，造成濾波器設計困難。工作頻率不固定，造成濾波器設計困難。 7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理電力電子技術第4版電力電子裝置 開關電源優(yōu)點：開關電源優(yōu)點：（1）功耗小、效率高。）功耗小、效率高。 （2）體積小、重量輕。）體積小、重量輕。 （3）穩(wěn)壓范圍寬。）穩(wěn)壓范圍寬。 （4）電路形式靈活多樣。）電路形式靈活多樣。 主要是存在開關噪聲干擾。主要是存在開關噪聲干擾。 7.2.1 開關電源的工作原理開關電源的工作原理電力電子技術第4版電力電子裝置7.2.2開關電源的應用開關電源的應用 1、開關電源的應用、開關電源的應用圖圖7.2.4 直流操作電源電路原理圖

13、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主電路采用半橋變換電路，額定輸出直流電壓為220V，輸，輸出電流為出電流為10A。 電力電子技術第4版電力電子裝置 2、電路簡介：、電路簡介：交流進線濾波器交流進線濾波器作用：作用：防止開關電源產(chǎn)生的噪聲進入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進防止開關電源產(chǎn)生的噪聲進入電網(wǎng)，或者防止電網(wǎng)的噪聲進入開關電源內(nèi)部，干擾開關電源的正常工作。入開關電源內(nèi)部，干擾開關電源的正常工作。該濾波器能同時抑制共模和該濾波器能同時抑制共模和差模干擾信號。差模干擾信號。電路結(jié)構：電路結(jié)構： Cc1、Lc和和Cc2構成的低通濾波器用來抑制共模干擾信號，構成的低通

14、濾波器用來抑制共模干擾信號，其中其中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。阻抗為零，而對共模信號產(chǎn)生很大的阻抗。圖圖7.2.5 交流進線交流進線EMI濾波器濾波器 Cd1、Ld和和Cd2構成的低通濾波器構成的低通濾波器則用來抑制差模干擾信號。則用來抑制差模干擾信號。 7.2.2開關電源的應用開關電源的應用 電力電子技術第4版電力電子裝置 (2) 啟動浪涌電流抑制電路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)具有小功率電源：在整流橋的直流側(cè)和濾波電容之

15、間串聯(lián)具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻。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。的兩端并接晶閘管開關。 (3) 輸出整流電路輸出整流電路 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。采用全波或橋式整流電路。 7.2.2開關電源的應用開關電源的應用 電力電子技術第4版電力電子裝置PWM控制器控制器SG3525圖圖7.2.6 SG3525的內(nèi)部結(jié)構的內(nèi)部結(jié)構 腳：誤差放大器反相輸入端；腳：誤差放大器反相輸入端；腳：同步信號輸

16、入端，同步脈沖的頻率應比振蕩腳：同步信號輸入端，同步脈沖的頻率應比振蕩器頻率器頻率fS要低一些；要低一些；腳：振蕩器輸出；腳：振蕩器輸出；腳：振蕩器外接定時電阻腳：振蕩器外接定時電阻RT端，端， RT值為值為2k150k；腳：振蕩器外接電容腳：振蕩器外接電容CT端，振蕩器頻率為端，振蕩器頻率為fS 1/CT(0.7RT+3R0);其中其中R0為腳與腳之間跨接的為腳與腳之間跨接的電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時間，定時電容范圍為電阻，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時間，定時電容范圍為0.001F0.1F；腳：振蕩器放電端，外接電阻來控制死區(qū)時間，腳：振蕩器放電端，外接電阻來控制死區(qū)時間，電阻范圍為電阻范圍為0500； 腳：軟

17、起動端，外接軟起動電容，該電容由內(nèi)部腳：軟起動端，外接軟起動電容，該電容由內(nèi)部Uref的的50A恒流源充電。恒流源充電。腳：誤差放大器的輸出端；腳：誤差放大器的輸出端；腳：腳：PWM信號封鎖端，該腳為高電平時，信號封鎖端，該腳為高電平時， 輸出驅(qū)動脈沖信號被封鎖輸出驅(qū)動脈沖信號被封鎖,用于故障保護；用于故障保護；腳：腳：A路驅(qū)動信號輸出；路驅(qū)動信號輸出； 腳：接地腳：接地;腳：輸出級集電極電壓；腳：輸出級集電極電壓；腳：腳：B路驅(qū)動信號輸出；路驅(qū)動信號輸出；腳：電源，其范圍因為腳：電源，其范圍因為8V35V；腳：內(nèi)部腳：內(nèi)部+5V基準電壓輸出。基準電壓輸出。腳：誤差放大器同相輸入端；腳：誤差放

18、大器同相輸入端；7.2.2開關電源的應用開關電源的應用 電力電子技術第4版電力電子裝置 (4) 控制電路（控制電路（SG3525） 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)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控制。輸出電壓的反饋信號UOF與電壓給定信號與電壓給定信號UOG相減，其相減，其誤差信號經(jīng)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電流的反饋信號IOF相減得電流誤差信號，經(jīng)相減得電流誤差信號，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后送入調(diào)節(jié)器后送入PWM控制器控制器SG3525，然后與控制器內(nèi)部三角波比較

19、形成，然后與控制器內(nèi)部三角波比較形成PWM信號。該信號。該PWM信號再通過驅(qū)動電路去驅(qū)動主電路信號再通過驅(qū)動電路去驅(qū)動主電路IGBT。 (5) IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動電路 該驅(qū)動模塊為混合集成電路，該驅(qū)動模塊為混合集成電路，將將IGBT的驅(qū)動和過流保護集于一的驅(qū)動和過流保護集于一體，能驅(qū)動電壓為體，能驅(qū)動電壓為600V和和1200V系列電流容量不大于系列電流容量不大于400AIGBT。 圖圖7.2.7 IGBT驅(qū)動電路驅(qū)動電路7.2.2開關電源的應用開關電源的應用 電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2

20、 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置7.3有源功率因數(shù)校正有源功率因數(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行。運行。 1、采用無源校正抑制諧波、采用無源校正抑制諧波:特點：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。）方法簡單可靠，并且在

21、穩(wěn)態(tài)條件下不產(chǎn)生電磁干擾。 2）電網(wǎng)阻抗或頻率發(fā)生變化時，濾波效果不能保證，）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。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，）可能會與電網(wǎng)阻抗發(fā)生并聯(lián)諧振，將諧波電流放大，從而導致系統(tǒng)無法正常工作。從而導致系統(tǒng)無法正常工作。4）LC濾波器體積龐大。濾波器體積龐大。 電力電子技術第4版電力電子裝置1）特點：）特點：與無源校正抑制諧波的區(qū)別：與無源校正抑制諧波的區(qū)別： 能進一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。能進一步抑制裝置的低次諧波，提高裝置的功率因數(shù)。與一般的開關電源的區(qū)別：與一般的開關電源的區(qū)別： （1） PF

22、C電路不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流；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)基準信號為電壓環(huán)誤差信號與全電路的電流環(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。波整流電壓取樣信號的乘積。2）工作原理：）工作原理：有源功率因數(shù)校正技術有源功率因數(shù)校正技術(Actite Power Filter Correction ，簡稱簡稱APFC或或PFC)就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關，就是在傳統(tǒng)的整流電路中加入有源開關，通過控制有源開關的通斷來強迫輸入電流跟隨輸入電壓的通過控制有源開關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

23、和接近變化，從而獲得接近正弦波的輸入電流和接近1的功率因數(shù)。的功率因數(shù)。 2、有源功率因數(shù)校正電路（、有源功率因數(shù)校正電路（PFC） 7.3有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 電力電子技術第4版電力電子裝置7.3.1PFC技術的工作原理技術的工作原理 圖圖7.3.1 BoostPFC電路電路 主電路由單相橋式整流電路和主電路由單相橋式整流電路和Boost 變換電路組成，虛變換電路組成，虛線框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器線框內(nèi)為控制電路，包含電壓誤差放大器VA及基準電壓及基準電壓Ur，乘法器，電流誤差放大器乘法器，電流誤差放大器CA，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動電路。，脈寬調(diào)制器和驅(qū)動電路。工作原理：工作

24、原理：輸出電壓輸出電壓Uo和基準電壓和基準電壓Ur比較比較后，誤差信號經(jīng)電壓誤差放大器后，誤差信號經(jīng)電壓誤差放大器VA以后送入乘法器以后送入乘法器M，與全波整，與全波整流電壓取樣信號相乘以后形成基流電壓取樣信號相乘以后形成基準電流信號?；鶞孰娏餍盘柵c電準電流信號?；鶞孰娏餍盘柵c電流反饋信號相減，誤差信號經(jīng)電流反饋信號相減，誤差信號經(jīng)電流誤差放大器流誤差放大器CA后再與鋸齒波相后再與鋸齒波相比較形成比較形成PWM信號，然后經(jīng)驅(qū)動信號，然后經(jīng)驅(qū)動電路控制主電路開關電路控制主電路開關S的通斷，使的通斷，使電流跟蹤基準電流信號變化。電流跟蹤基準電流信號變化。 電力電子技術第4版電力電子裝置7.3.2P

25、FC集成控制電路集成控制電路UC3854及其應用及其應用 圖圖7.3.2 UC3854內(nèi)部結(jié)構框圖內(nèi)部結(jié)構框圖 UC3854包含電壓放大器包含電壓放大器VA，模擬乘法，模擬乘法/除法器除法器M，電流放大器，電流放大器CA，固定頻率固定頻率PWM脈寬調(diào)制器，功率脈寬調(diào)制器，功率MOSFET的門極驅(qū)動電路，的門極驅(qū)動電路，7.5V基基準電壓等準電壓等 。電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.3.3由由UC3854構成的構成的PFC電路原理圖電路原理圖 控制芯片控制芯片UC3854適用適用的功率范圍比較寬，的功率范圍比較寬，5KW以下的單相以下的單相boost-PFC電路電路均可以采用該芯片作為控均

26、可以采用該芯片作為控制器。輸出功率不同時，制器。輸出功率不同時，只需改變主電路中的電感只需改變主電路中的電感L1和電流檢測電阻和電流檢測電阻RS、控、控制電路中的電流控制環(huán)參制電路中的電流控制環(huán)參數(shù)。數(shù)。 輸出電壓輸出電壓Uo由下式確定：由下式確定：V5 . 7221 RRRUO7.3.2PFC集成控制電路集成控制電路UC3854及其應用及其應用 電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5

27、 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置7.4不間斷電源不間斷電源 UPS電源裝置在保證不間斷供電的同時，還能提供穩(wěn)壓、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。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)、郵電通信、銀行證劵、電力目前，在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)、郵電通信、銀行證劵、電力系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療、交通、航空等領域得到廣泛應用。系統(tǒng)、工業(yè)控制、醫(yī)療、交通、航空等領域得到廣泛應用。不間斷電源：不間斷電源：Uninterrupitable Power System, 簡稱簡

28、稱UPS電力電子技術第4版電力電子裝置7.4.1UPS的分類的分類 1、后備式、后備式UPS 圖圖7.4.1 后備式后備式UPS的基本結(jié)構的基本結(jié)構 市電存在時，逆變器不工作，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，向市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向負載供電，同時充電器工作，負載供電，同時充電器工作，對蓄電池組浮充電。對蓄電池組浮充電。 市電掉電時，逆變器工作，市電掉電時，逆變器工作，將蓄電池供給的直流電壓變換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，繼成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的交流電壓，繼續(xù)向負載供電。續(xù)向負載供電。 輸出電壓波形有輸出電壓波形有方波方波、準方波準方波和和正弦波正弦波三種方式

29、。三種方式。 特點：特點：結(jié)構簡單、成本低、運行效率高、價格便宜，但結(jié)構簡單、成本低、運行效率高、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。于小功率。 電力電子技術第4版電力電子裝置 2、線式、線式UPS 圖圖7.4.2 在線式在線式UPS的基本結(jié)構的基本結(jié)構 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載。成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負載。 當市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負載不當市電掉電時，由蓄電池組向

30、逆變器供電，以保證負載不間斷供電。間斷供電。 如果逆變器發(fā)生故障，如果逆變器發(fā)生故障，UPS則則通過靜態(tài)開關切換到旁路，直接由通過靜態(tài)開關切換到旁路，直接由市電供電。當故障消失后，市電供電。當故障消失后，UPS又又重新切換到由逆變器向負載供電。重新切換到由逆變器向負載供電。 特點：特點：總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電狀態(tài)，輸出電壓動態(tài)響應特性好，狀態(tài)，輸出電壓動態(tài)響應特性好，波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式后備式UPS。7.4.1UPS的分類的分類 電力電子技術第4版電力電子裝置7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器 1）對于小功率）對于小

31、功率UPS，整流器一般采用二極管整流電路，它的作用是，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。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）對于中大功率UPS，整流器一般采用相控式整流電路，整流器一般采用相控式整流電路,它具有雙重它具有雙重功能，在向逆變器提供直流電源的同時，還要向蓄電池進行充電，因此，功能，在向逆變器提供直流電源的同時，還要向蓄電池進行充電，因此，整流器的輸出電壓必須是可控的。整流器的輸出電壓必須是可控的。3）減少）減少UPS注入電網(wǎng)的諧波電流的方法：注入電網(wǎng)的諧波電流的方法： （1）增加整流電

32、路的相數(shù)）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）在整流器的輸入側(cè)增加有源或無源濾波器 。4）目前，比較先進的）目前，比較先進的UPS采用采用PWM整流電路，可以做到注入電網(wǎng)的整流電路，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)接近電流基本接近正弦波，使其功率因數(shù)接近1，大大降低了，大大降低了UPS對電網(wǎng)的諧對電網(wǎng)的諧波污染。波污染。 概述：概述：電力電子技術第4版電力電子裝置 UPS電源中的電源中的PWM整流電路整流電路 圖圖7.4.3 單相單相PWM整流電路的原理框圖整流電路的原理框圖在在PWM整流電路的交流輸入端整流電路的交流輸入端AB產(chǎn)生一個正弦波調(diào)

33、制產(chǎn)生一個正弦波調(diào)制PWM波波uAB，uAB中除了含有與電源同頻率的基波分量外，還含有與開關頻率有關的中除了含有與電源同頻率的基波分量外，還含有與開關頻率有關的高次諧波。由于電感高次諧波。由于電感Ls的濾波作用，這些高次諧波電壓只會使交流電的濾波作用，這些高次諧波電壓只會使交流電流流is產(chǎn)生很小的脈動。如果忽略這種脈動，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為頻率與電源頻率相同的正弦波。在交流電源電壓正弦波。在交流電源電壓us一定時，一定時，is的幅值和相位由的幅值和相位由uAB中基波分量中基波分量的幅值及其與的幅值及其與us的相位差決定。改變的相位差決定。改變uAB中基

34、波分量的幅值和相位，就中基波分量的幅值和相位，就可以使可以使is與與us同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。 7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器電力電子技術第4版電力電子裝置 直流輸出電壓給定信號直流輸出電壓給定信號Ud*和實際的直流和實際的直流 電壓電壓Ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器，器，PI調(diào)節(jié)器的輸出即為整流器交流輸入電流的幅值，它與標準正弦調(diào)節(jié)器的輸出即為整流器交流輸入電流的幅值，它與標準正弦波相乘后形成交流輸入電流的給定信號波相乘后形成交流輸入電流的給定信號i is s* *，i is s* *與實際的交流輸入電流與實

35、際的交流輸入電流is進行比較，誤差信號經(jīng)比例調(diào)節(jié)器放大后送入比較器，再與三角載波進行比較，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信號比較形成PWM信號。信號。 該該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路后去驅(qū)動主電路開關器件，便可使實際的信號經(jīng)驅(qū)動電路后去驅(qū)動主電路開關器件，便可使實際的交流輸入電流跟蹤指令值，從而達到控制輸出電壓的目的。交流輸入電流跟蹤指令值，從而達到控制輸出電壓的目的。 圖圖7.4.4 直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構圖直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構圖 單相單相PWM整流電路采用直接電流控制時的控制系統(tǒng)結(jié)構簡圖整流電路采用直接電流控制時的控制系統(tǒng)結(jié)構簡圖 UPS電源中的電源中的PWM整流電

36、路整流電路 7.4.2UPS電源中的整流器電源中的整流器電力電子技術第4版電力電子裝置 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 通常采用輸出電壓諧波系數(shù)通常采用輸出電壓諧波系數(shù)HF來恒量來恒量UPS輸出電壓的波輸出電壓的波形質(zhì)量的好壞。電壓諧波系數(shù)定義為：形質(zhì)量的好壞。電壓諧波系數(shù)定義為： 式中：式中： U1為輸出電壓基波分量的有效值，為輸出電壓基波分量的有效值， Un為諧波分量為諧波分量的有效值的有效值。HF越小，則說明越小，則說明UPS輸出電壓波形越接近理想的正弦波。輸出電壓波形越接近理想的正弦波。%1001 UUHFn電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.4.5 UPS逆變器及其控

37、制原理框圖逆變器及其控制原理框圖 正弦波輸出正弦波輸出UPS通常采用通常采用SPWM逆變器。逆變器。主電路采用全橋逆變電路，對于小功率主電路采用全橋逆變電路，對于小功率UPS，開關器件一般為，開關器件一般為MOSFET，而對于大功率，而對于大功率UPS，則采用，則采用IGBT。為濾去開關頻率噪聲，輸。為濾去開關頻率噪聲，輸出采用出采用LC濾波電路，因為開關頻率一般大于濾波電路，因為開關頻率一般大于20kHz，因此，采用較小的，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，避免它們之間電的濾波器。輸出隔離變壓器實現(xiàn)逆變器與負載隔離，避免它們之間電的直接聯(lián)系，從而減少干擾。直接聯(lián)

38、系，從而減少干擾。 1 1、電路結(jié)構：、電路結(jié)構： 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.4.5 UPS逆變器及其控制原理框圖逆變器及其控制原理框圖 市電市電us經(jīng)同步鎖相電路得到與市電同步的經(jīng)同步鎖相電路得到與市電同步的50Hz方波，將其輸入標方波，將其輸入標準正弦波發(fā)生器，便產(chǎn)生與市電同步的標準正弦波信號。該信號與輸準正弦波發(fā)生器，便產(chǎn)生與市電同步的標準正弦波信號。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，再與輸出電壓瞬時值反饋信號輸出電壓瞬時值反饋信號uf相減

39、，誤差信號經(jīng)相減，誤差信號經(jīng)P調(diào)節(jié)器后，再與三角載調(diào)節(jié)器后，再與三角載波信號相比較，得到波信號相比較，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)動主電路的開關器件，從而達到控制輸出電壓的目的。電路的開關器件，從而達到控制輸出電壓的目的。 2 2、工作原理：、工作原理： 7.4.3UPS電源中的逆變器電源中的逆變器 電力電子技術第4版電力電子裝置7.4.4UPS的靜態(tài)開關的靜態(tài)開關 1、工作原理：、工作原理：為了進一步提高為了進一步提高UPS電源的可靠性，在線式電源的可靠性，在線式UPS均裝有靜態(tài)開關，將市均裝有靜態(tài)開關，將市電作為電作為UPS的后備電源，

40、在的后備電源，在UPS發(fā)生故障或維護檢修時，無間斷地將負載切發(fā)生故障或維護檢修時，無間斷地將負載切換到市電上，由市電直接供電。換到市電上，由市電直接供電。2、電路結(jié)構：、電路結(jié)構：靜態(tài)開關的主電路一般由兩只晶閘管開關反并聯(lián)組成，靜態(tài)開關的主電路一般由兩只晶閘管開關反并聯(lián)組成，圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)的靜態(tài)開關原理圖開關原理圖 一只晶閘管用于通過正半周一只晶閘管用于通過正半周電流，另一只晶閘管則用于通電流，另一只晶閘管則用于通過負半周電流。過負半周電流。3、靜態(tài)開關的切換方式：、靜態(tài)開關的切換方式：1）同步切換：先通后斷；）同步切換：先通后斷；2）非同步切換）非同步切換 ：先

41、斷后通：先斷后通 ； 電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)開關原理圖的靜態(tài)開關原理圖 3 3、靜態(tài)開關的切換方式：、靜態(tài)開關的切換方式：1）同步切換：先通后斷）同步切換：先通后斷工作原理：切換時，首先觸發(fā)靜態(tài)開關工作原理：切換時，首先觸發(fā)靜態(tài)開關2，使之導通，然，使之導通，然后再封鎖靜態(tài)開關后再封鎖靜態(tài)開關1的觸發(fā)脈沖，因此，靜態(tài)開關的觸發(fā)脈沖，因此，靜態(tài)開關1和靜態(tài)開和靜態(tài)開關關2同時導通，此時，市電和逆變器同時向負載供電。同時導通，此時，市電和逆變器同時向負載供電。特點：特點： 能保證在切換的過程中能保證在切換的過程中供電不間斷。供電不間斷。 在切換的

42、過程中，逆變在切換的過程中，逆變器必須跟蹤市電的頻率、相器必須跟蹤市電的頻率、相位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，位和幅值。防止產(chǎn)生環(huán)流，燒壞逆變器。燒壞逆變器。7.4.4UPS的靜態(tài)開關的靜態(tài)開關 電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.4.6 單相輸出單相輸出UPS的靜態(tài)開關原理圖的靜態(tài)開關原理圖 2 2）非同步切換）非同步切換 ：先斷后通：先斷后通工作原理：工作原理：先封鎖正在導通的靜態(tài)開先封鎖正在導通的靜態(tài)開關觸發(fā)脈沖，延遲一段時間，關觸發(fā)脈沖，延遲一段時間，待導通的靜態(tài)開關關斷后，再待導通的靜態(tài)開關關斷后，再觸發(fā)另外一路靜態(tài)開關。觸發(fā)另外一路靜態(tài)開關。特點：特點：會造成負載短時間斷電。會造成負載

43、短時間斷電。 3 3、靜態(tài)開關的切換方式：、靜態(tài)開關的切換方式：7.4.4UPS的靜態(tài)開關的靜態(tài)開關 電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置1、組成：、組成：由電力電子器件與儲能元件構成。由電力電子器件與儲能元件構成。2、特點：、特點：在于能快速

44、調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償。在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實現(xiàn)動態(tài)補償。3、應用：、應用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負荷引起的電壓波動干擾、重常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負荷引起的電壓波動干擾、重負荷突然投切造成的無功功率強烈變化。負荷突然投切造成的無功功率強烈變化。4、分類：、分類：（1）采用晶閘管開關的靜止無功補償裝置：采用晶閘管開關的靜止無功補償裝置： 晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（ Thyristor Controlled Reactor TCR） 晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（Thyristor SwitchedCapacitor TSC） （2）采用自換相變

45、流器的靜止無功補償裝置：采用自換相變流器的靜止無功補償裝置：靜止無功發(fā)生器（靜止無功發(fā)生器（Static Var GeneratorSVG）高級靜止無功補償裝置（高級靜止無功補償裝置（AdTanced Static Var CompensatorASVC）。）。 電力電子技術第4版電力電子裝置7.5.1晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(TCR) 圖圖7.5.1 TCR的基本原理圖的基本原理圖 基本原理：基本原理： 單相基本結(jié)構是兩個反并聯(lián)的晶閘管與一個電抗器串聯(lián)，單相基本結(jié)構是兩個反并聯(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)壓電這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當

46、于電感負載的交流調(diào)壓電路結(jié)構。路結(jié)構。 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。全相同。電力電子技術第4版電力電子裝置7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 圖圖7.5.2 TSC單相機構及其控制系統(tǒng)原理圖單相機構及其控制系統(tǒng)原理圖 工作原理：工作原理： TSC由兩個反并聯(lián)的晶閘管構成的靜態(tài)開關與電容器串聯(lián)組成。由兩個反并聯(lián)的晶閘管構成的靜態(tài)開關與電容器串聯(lián)組成。 TSCTSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當控制電路檢測到電網(wǎng)需要無功補償時，與電網(wǎng)并聯(lián)，當控制電路檢測到電網(wǎng)需要無功補償時，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關并使之導通，這樣，便將電容器

47、接入電觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關并使之導通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進行無功補償；當電網(wǎng)不需要無功補償時，關斷晶閘管網(wǎng)，進行無功補償；當電網(wǎng)不需要無功補償時，關斷晶閘管靜態(tài)開關，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。靜態(tài)開關，從而切斷電容器與電網(wǎng)的聯(lián)接。 因此，因此，TSCTSC實際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的實際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動態(tài)無功補償裝置。動態(tài)無功補償裝置。 電力電子技術第4版電力電子裝置 1、TSC主電路主電路 一般將電容器分成幾組，每組均一般將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖可由晶閘管投切，如圖8.4.3所示。電所示。電容器分組通常采用二進制方案，即采容器分組通常

48、采用二進制方案，即采用用n-1個電容值為個電容值為C的電容和一個電容的電容和一個電容值為值為C/2的電容，這樣的分組可以使組的電容，這樣的分組可以使組合成的電容值有合成的電容值有2n級。級。 2、零電壓投入問題、零電壓投入問題 為使補償電容器的投入與切除過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，必須選程不引發(fā)主電路的涌流沖擊，必須選擇準備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)擇準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相同線電壓的正或負峰值且電壓極性相同的時刻，切除時只要撤消觸發(fā)信號即的時刻，切除時只要撤消觸發(fā)信號即可，開關在電流過零之后會自行關斷?？?，開關在電流過零之后會自

49、行關斷。 圖圖7.5.3 TSC主電路主電路 圖圖7.5.4 晶閘管電壓過零觸發(fā)晶閘管電壓過零觸發(fā)電路示意圖電路示意圖 7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術第4版電力電子裝置 3、電容器投切判據(jù)與信號檢測、電容器投切判據(jù)與信號檢測 在圖在圖7.5.5中設節(jié)點相電壓為：中設節(jié)點相電壓為： tUtup sin2)(圖圖7.5.5 節(jié)點相電壓與負載電流節(jié)點相電壓與負載電流 負載電流為：負載電流為： )()(cossin2sincos2)(tititItItiqpL 上式中，上式中，ip(t)和和iq(t)分別為有功電流分量和無功電流分量。當分別為有功電流分量和無功電流分

50、量。當t=2k時：時：QMLIIki sin2)2( 可見，只要測量在相電壓正向過零時刻的負載電流，就可知對應的可見，只要測量在相電壓正向過零時刻的負載電流，就可知對應的無功電流最大值無功電流最大值IQM。這種無功電流檢測方法簡單、快速（在一個周期內(nèi)。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）。只要采樣一次）。（1）以無功電流為投切判據(jù)）以無功電流為投切判據(jù)7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術第4版電力電子裝置（1）以無功電流為投切判據(jù)）以無功電流為投切判據(jù)tUCdtduCipc cos2 tItIiQMq coscossin2 UICQM 2 上

51、式上式C即為全補償所需投切的電容量，即為全補償所需投切的電容量，C為負值，則是切除相應為負值，則是切除相應容量的電容器；反之，則應投入相應容量的電容器。容量的電容器；反之，則應投入相應容量的電容器。 圖圖7.5.6中，電壓信號經(jīng)濾波后由中，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過零脈沖信號，作為采樣保持器的采樣開關信號，于是采樣保持器的輸出樣開關信號，于是采樣保持器的輸出就是無功電流幅值。就是無功電流幅值。 圖圖7.5.5中，中，iL=ic+is ，如果使，如果使iq=ic ，則實現(xiàn)了完全補償。則實現(xiàn)了完全補償。圖圖7

52、.5.6 無功電流為投切判據(jù)的無功電流為投切判據(jù)的檢測電路原理圖檢測電路原理圖 由由和和可得可得7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術第4版電力電子裝置（2）以無功功率為投切判據(jù)）以無功功率為投切判據(jù) 可讓單片機通過可讓單片機通過/轉(zhuǎn)換同時對和信號在一個周期內(nèi)進行次采轉(zhuǎn)換同時對和信號在一個周期內(nèi)進行次采樣，得到樣，得到 2個數(shù)據(jù)，由此進行下述離散運算得到個數(shù)據(jù)，由此進行下述離散運算得到UBC、IA和和PBC ： NkAkBCiNI121 NkBCkBCuNU121 NkAkBCkBCiuNP11 對于對稱三相補償，只要取任意兩相電壓對于對稱三相補償，只要取任意兩相電

53、壓（線電壓）和另一相電流，就可測得無功功率。（線電壓）和另一相電流，就可測得無功功率。圖圖7.5.7 檢測檢測A相電流相電流BC相線電壓向量圖相線電壓向量圖2)(1ABCBCIUPPF 由于由于PBC=UBCIAsin，則功率因數(shù)為，則功率因數(shù)為:7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術第4版電力電子裝置 4、控制器原理框圖、控制器原理框圖 圖圖7.5.8 TSC控制器原理框圖控制器原理框圖 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、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)電路等數(shù)據(jù)

54、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部分組成。該控制器硬件的原理方框圖如圖7.5.8所示。所示。 7.5.2晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器(TSC) 電力電子技術第4版電力電子裝置7.5.3靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器(SVG) 工作原理工作原理 圖圖7.5.9 SVG基本電路結(jié)構基本電路結(jié)構 適當調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可適當調(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?。功補償?shù)哪康摹?圖圖7.5.9

55、給出了采用自換相電壓型橋式的給出了采用自換相電壓型橋式的SVG基本電路結(jié)構?；倦娐方Y(jié)構。電力電子技術第4版電力電子裝置圖圖7.5.10 SVG等效電路及其工作原理等效電路及其工作原理 通過同步電路控制，使通過同步電路控制，使 與與 同頻同相，然后改變同頻同相，然后改變 的幅值大小即可以控制的幅值大小即可以控制SVGSVG從電網(wǎng)吸收的電流從電網(wǎng)吸收的電流 是超前還是滯是超前還是滯后后9090，并且還能控制該電流的大小。，并且還能控制該電流的大小。 sU.Uo.I 僅考慮基波頻率時僅考慮基波頻率時 SVG工作原理可以用圖工作原理可以用圖7.5.10（a）所）所示的單相等效電路來說明。示的單相等效

56、電路來說明。 當當 大于大于 時，電流時，電流超前電壓超前電壓90，SVG吸吸收容性無功功率；收容性無功功率； 當當 小于小于 時，電時，電流滯后電壓流滯后電壓90，SVG吸收感性無功功率。吸收感性無功功率。.UosU.sU.7.5.3靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器(SVG) 工作原理工作原理 .Uo.Uo電力電子技術第4版電力電子裝置第第7章章 電力電子裝置電力電子裝置n 7.1 電力電子裝置的一般模型電力電子裝置的一般模型n 7.2 開關電源開關電源n 7.3 有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正 n 7.4 不間斷電源（不間斷電源（UPS）n 7.5 靜止無功補償裝置靜止無功補償裝置n 7.6

57、 變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置電力電子技術第4版電力電子裝置7.6變頻調(diào)速裝置變頻調(diào)速裝置 可以看出：若均勻地改變定子頻率可以看出：若均勻地改變定子頻率 ，則可以平滑地，則可以平滑地改變電機的轉(zhuǎn)速。改變電機的轉(zhuǎn)速。 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，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)速的主要發(fā)展方向。是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。 由交流電機的轉(zhuǎn)速公式：由交流電機的轉(zhuǎn)速公式：PSfn/ )1(60 f電力電子技術第4版電力電子裝置7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變

58、頻調(diào)速的基本控制方式 （1）基頻以下的變頻調(diào)速）基頻以下的變頻調(diào)速（2）基頻以上的變頻調(diào)速）基頻以上的變頻調(diào)速（3）轉(zhuǎn)差頻率控制）轉(zhuǎn)差頻率控制（4）矢量控制）矢量控制（5）控制直接轉(zhuǎn)矩）控制直接轉(zhuǎn)矩 電力電子技術第4版電力電子裝置（1）基頻以下的變頻調(diào)速）基頻以下的變頻調(diào)速三相異步電動機的每相電動勢為：三相異步電動機的每相電動勢為： 式中：式中： E定子每相感應電動勢的有效值；定子每相感應電動勢的有效值；f定子電源頻率；定子電源頻率；N定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；KW基波繞組系數(shù)；基波繞組系數(shù)；m每極氣隙磁通量。每極氣隙磁通量。mWfNKE44. 4 m（7.6.1） 當當U不

59、變時，隨著電源輸入頻率的降低，將會相應增加。在調(diào)速的過不變時，隨著電源輸入頻率的降低，將會相應增加。在調(diào)速的過程中，隨著輸入電源的頻率降低，必須相應地改變定子電壓程中，隨著輸入電源的頻率降低，必須相應地改變定子電壓U， 以保證氣以保證氣隙磁通不超過設計值。隙磁通不超過設計值。 如果使如果使 =常數(shù)，則在調(diào)速過程中可維持常數(shù)，則在調(diào)速過程中可維持 近似不變，這就是近似不變，這就是恒壓頻比控制方式。恒壓頻比控制方式。 fU7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本控制方式 電力電子技術第4版電力電子裝置（2）基頻以上的變頻調(diào)速）基頻以上的變頻調(diào)速 當電壓當電壓U一定時，電機的氣隙磁通隨著頻率一

60、定時，電機的氣隙磁通隨著頻率f的升高成的升高成比例下降，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。調(diào)速屬恒功率調(diào)速。mWfNKE44. 4 電源頻率從基頻向上提高，可使電機的轉(zhuǎn)速增加。電源頻率從基頻向上提高，可使電機的轉(zhuǎn)速增加。 由由于電機的電壓不能超過其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻于電機的電壓不能超過其額定電壓，因此在基頻以上調(diào)頻時，時，U只能保持在額定值。只能保持在額定值。根據(jù)式根據(jù)式(7.6.1)：7.6.1變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本控制方式 電力電子技術第4版電力電子裝置7.6.2變頻調(diào)速裝置的分類變頻調(diào)速裝置