第6章-電力電子技術(shù)在工程中的應(yīng)用

1、1梁南丁電力電子技術(shù)26.1 6.1 交交- -直直- -交組合變流電路交組合變流電路6.2 6.2 直直- -交交- -直組合變流電路直組合變流電路 6.3 6.3 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用 3v 組合變流電路：組合變流電路：是將AC/DC、DC/DC、AC/AC和DC/AC四大類 基本變流電路中的某幾種基本的變流電路組合起來，以實(shí)現(xiàn)一定的 新功能。v 間接交流變流電路：間接交流變流電路：先將交流整流為直流，再逆變?yōu)榻涣?，是先整流后逆變的組合。 應(yīng)用：應(yīng)用： 交直交變頻電路（Variable Voltage Variable FrequencyVVVF），主要用作變頻器。 恒壓恒

2、頻變流電路（Constant Voltage Constant FrequencyCVCF），主要用作不間斷電源（Uninterruptable Power SupplyUPS）。v 間接直流變流電路：間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣?，再整流為直流電，是先逆變后整流的組合。 應(yīng)用：應(yīng)用：各種開關(guān)電源（Switching Mode Power SupplySMPS）46.16.1交交- -直直- -交組合變流電路交組合變流電路v 交交-直直-交組合變流電路主要按電壓型、電流型進(jìn)行分類。交組合變流電路主要按電壓型、電流型進(jìn)行分類。v 交交-直直-交組合變流電路，其逆變部分多采用交組合變流電路，

3、其逆變部分多采用PWM控制?？刂啤?6.1.1 6.1.1 交交- -直直- -交組合變流電路原理交組合變流電路原理1電壓型交電壓型交-直直-交組合變流電路交組合變流電路 電壓型交-直-交組合變流電路在負(fù)載能量反饋到中間直流電路時(shí)，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為泵升電壓，如果能量無法反饋回交流電源，泵升電壓會(huì)危及整個(gè)電路的安全AC（負(fù)載）AC（電源）圖圖6.1 不能再生反饋的電壓型不能再生反饋的電壓型交交-直直-交組合交組合變流電路變流電路5 為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用：為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用： 帶有泵升電壓限制電路的電壓型交-直-交組合變流電路 當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時(shí)

4、，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在R0上。如圖6.2AC負(fù)載AC電源V0R0 圖圖6.2帶有泵升電壓限制電路的電帶有泵升電壓限制電路的電壓型壓型交交-直直-交組合交組合變流電路變流電路 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型交利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型交-直直-交組合變流電路交組合變流電路 當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，將電能反饋回電網(wǎng)。如圖6.3AC負(fù)載AC電源圖圖6.3利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型饋的電壓型交交-直直-交組合交組合變流電變流電路路 6 整流和逆變均為PWM控制的電壓型交-直-交組合變流電路 整流和逆變電路的構(gòu)成完全相同

5、，均采用PWM控制，能量可雙向流動(dòng)。 輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行。 AC負(fù)載AC電源圖圖6.4整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的控制的電壓型電壓型交交-直直-交組合交組合變流電路變流電路 72電流型交電流型交-直直-交組合變流電路交組合變流電路 整流電路為不可控的二極管整流時(shí)，電路不能將負(fù)載側(cè)的能量反饋到電源側(cè)。如圖6.5 為使電路具備再生反饋電力的能力，可采用： 整流電路采用晶閘管可控整流電路。 負(fù)載回饋能量時(shí)，可控變流器工作于有源逆變狀態(tài)，使中間直流電壓反極性。如圖6.6AC負(fù)載AC電源AC負(fù)載AC電源再生反饋輸送功率功率流向IdUdUL圖圖6.

6、6采用可控整流的電流型采用可控整流的電流型交交-直直-交組合交組合變流電路變流電路圖圖6.5不能再生反饋電力的電流型不能再生反饋電力的電流型交交-直直-交組合交組合變流電路變流電路8 整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路 通過對(duì)整流電路的PWM控制使輸入電流為正弦波，并使輸入功率因數(shù)為1。如圖6.7,圖6.8M3整流C逆變LdVT1VT3VT5VT4VT6VT2UVWabc電源負(fù)載圖圖6.7電流型交電流型交直直交交PWM變變頻電路頻電路圖圖6.8整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的電流控制的電流型間接交流變流電路型間接交流變流電路 96.1.2 交交-直直-交組合變流電路的控制

7、方式交組合變流電路的控制方式 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)存在一些固有的缺點(diǎn)：(1) 受使用環(huán)境條件制約；(2) 需要定期維護(hù)；(3) 最高速度和容量受限制等。 交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)除了克服直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)外還具有：(1) 交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高；(2) 節(jié)能；(3) 高精度，快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。 采用變頻調(diào)速方式時(shí)，無論電機(jī)轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，具有顯著的節(jié)能效果，是交流調(diào)速傳動(dòng)應(yīng)用最多的一種方式。 籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率控制方式，有：(1) 恒壓頻比（U/f）控制；(2) 轉(zhuǎn)差頻率控制；(3) 矢量控制；(4) 直接轉(zhuǎn)矩控制等。101)恒壓

8、頻比控制恒壓頻比控制 為避免電動(dòng)機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵(lì)磁電流增大， 引起功率因數(shù)和效率的降低，需對(duì)變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額定值。 恒壓頻比控制是比較簡(jiǎn)單，被廣泛采用的控制方式。該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。 工作原理：工作原理： 轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速的頻率f指令值，同時(shí)經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓U1的指令值。該比例決定了U/f比值，由于頻率和電壓由同一給定值控制，因此可以保證壓頻比為恒定。1變壓變頻（變壓變頻（VVVF）電路控制方式）電路控制方式圖圖6.9 采用

9、恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖11 在給定信號(hào)之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號(hào)轉(zhuǎn)換為按設(shè)定 斜率逐漸變化的斜坡信號(hào)ugt，從而使電動(dòng)機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地 升高或降低，避免產(chǎn)生沖擊。 給定積分器輸出的極性代表電機(jī)轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、頻率。絕對(duì)值變換器輸出ugt的絕對(duì)值uabs，電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù)uabs及ugt的極性得出電壓及頻率的指令信號(hào)，經(jīng)PWM生成環(huán)節(jié)形成控制逆變器的PWM信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制變頻器中IGBT的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。圖圖6.9 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖采用恒壓

10、頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖122)轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制 在穩(wěn)態(tài)情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)，異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率w ws s成正比。因此，控制w ws s就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率w w1 1 = = w wr r + + w ws s，則w1隨實(shí)際轉(zhuǎn)速w wr r增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍。 轉(zhuǎn)差頻率控制方式可達(dá)到較好的靜態(tài)性能，但這種方法是基于穩(wěn)態(tài)模型的，得不到理想的動(dòng)態(tài)性能。133矢量控制矢量控制 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。 矢量控制方式基于異步電機(jī)

11、的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動(dòng)態(tài)模型，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨(dú)立地對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。 控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機(jī)調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅堋?直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動(dòng)態(tài)模型的，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用砰砰控制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。并且控制相對(duì)要簡(jiǎn)單許多。14 2 恒壓恒頻（恒壓恒頻（CVCF）電源）電源 CVCF電源主要用作不間斷電源（電源主要用作不間斷電源（UPS）。 UPS廣泛應(yīng)用于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。 UPS基本工作

12、原理是，基本工作原理是， 市電正常時(shí)，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再逆變?yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電。同時(shí)，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。 此時(shí)負(fù)載可得到的高質(zhì)量的交流電壓，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載圖圖6.10 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖基本結(jié)構(gòu)原理圖15 市電異常乃至停電時(shí)，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為 恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負(fù)載供電，供電時(shí)間取決于蓄電池 容量的大小。 為了保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電，可采用柴油發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱油機(jī)）作為后備電源。如圖6.11 增加旁路電源系統(tǒng)，可使負(fù)載供電可靠性進(jìn)一步提高。如圖6.12蓄電池市電整流器

13、逆變器負(fù)載油機(jī)S12圖圖6.11 用柴油發(fā)電機(jī)作用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的為后備電源的UPS 蓄電池市電整流器逆變器負(fù)載油機(jī)1234轉(zhuǎn)換開關(guān)CVCF電源旁路電源S1S2圖圖6.12 具有旁路電源系統(tǒng)的具有旁路電源系統(tǒng)的UPS 16 UPS主電路結(jié)構(gòu)主電路結(jié)構(gòu) 圖6.13是小容量UPS的主電路，整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（PFC），可獲得較高的交流輸入功率因數(shù)，逆變器部分使用IGBT并采用PWM控制，可獲得良好的控制性能。 圖6.14所示為使用GTO的大容量UPS主電路。采用PWM控制的逆變器開關(guān)頻率較低，通過多重化聯(lián)結(jié)降低輸出電壓中的諧波分量。 市電整流器斬波器DCL蓄電池直流濾波器

14、 逆變器交流濾波器交流開關(guān)負(fù)載圖圖6.13 小容量小容量UPS主電路主電路 蓄電池晶閘管開關(guān)整流器市電旁路電源晶閘管開關(guān)晶閘管開關(guān)負(fù)載交流濾波器逆變器用變壓器GTO逆變器圖圖6.14 大功率大功率UPS主電路主電路 176.2 6.2 直直- -交交- -直組合變流電路直組合變流電路 間接直流變流電路：先將直流逆變?yōu)榻涣?，再整流為直流電，也稱為直交直電路。圖圖6.15 6.15 間接直流變流電路的結(jié)構(gòu)間接直流變流電路的結(jié)構(gòu) 采用這種結(jié)構(gòu)的變換原因： 輸出端與輸入端需要隔離。 某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。 輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1。 交流環(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變

15、壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量。工作頻率高于20kHz這一人耳的聽覺極限，可避免變壓器和電感產(chǎn)生噪音。變壓器整流電路濾波器直流交流交流脈動(dòng)直流直流逆變電路18 逆變電路通常使用全控型器件，整流電路中通常采用快恢復(fù)二極管、肖特基二極管或MOSFET構(gòu)成的同步整流電路（Synchronous Rectifier）。 間接直流變流電路分為單端(Single End)和雙端(Double End)電路兩大類。 單端電路：變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，如正激電路和反激電路。 雙端電路：變壓器中的電流為正負(fù)對(duì)稱的交流電流。如半橋、全橋和推挽電路。 196.2.1單端電路單端電路1正激電路正激電路 電

16、路的工作過程電路的工作過程（電路圖電路圖6.16 波形圖波形圖6.17） 開關(guān)S開通后，變壓器繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長(zhǎng)； S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。S關(guān)斷后變壓器的 勵(lì)磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為 。iSUNNu)1 (31+=變壓器的磁心復(fù)位：變壓器的磁心復(fù)位：開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨著時(shí)間的增加而線性的增長(zhǎng)，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓

17、器的磁心復(fù)位。 圖圖6.16 正激電路的原理圖正激電路的原理圖圖圖6.17 正激電路的理想化波形正激電路的理想化波形20 變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為（復(fù)位過程圖復(fù)位過程圖6.18） 輸出電壓： 輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下： 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下: on31rsttNNt=TtNNUUon12io=i12oUNNU= 圖圖6.18 6.18 磁心復(fù)位過程磁心復(fù)位過程 21 2 2反激電路反激電路 反激電路及其工作波形分別如圖6.19和圖6.20所示。 反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。 工

18、作過程： S開通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加； S關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過N2繞組和VD向輸出端釋放。S關(guān)斷后的電壓為：+UiSVDN1N2UoW1W2SuSiSiVDtontoffttttUiOOOOuUNNUS=+io12 圖圖6.19 6.19 反激電路原理圖反激電路原理圖圖圖6.20 反激電路的理想化波形反激電路的理想化波形22v 反激電路的工作模式：反激電路的工作模式： 電流連續(xù)模式：當(dāng)S開通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。 輸出電壓關(guān)系： 電流斷續(xù)模式：S開通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。 輸出電壓高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)

19、載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， ，因此反激電路不應(yīng)工作于負(fù)載開路狀態(tài)。offon12iottNNUU=Uo 23 6.2.2 雙端電路雙端電路1半橋電路半橋電路+S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W2S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖6.21 6.21 半橋電路原理圖半橋電路原理圖圖圖6.22 半橋電路的理想化波形半橋電路的理想化波形工作過程：工作過程： S1與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓ud的平均值，也就改變了輸

20、出電壓Uo。 S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)， 當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 S1或S2導(dǎo)通時(shí)電感L的電流逐漸上升，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。24 由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。 輸出電壓：輸出電壓： 當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)： 如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓U0將高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，

21、 TtNNUUon12io=2i12oUNNU=+S1S2VD1VD2LUiN1N2N3+udUo+C1C2W1W3W2S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tTttttttttonUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖6.21 6.21 半橋電路原理圖半橋電路原理圖圖圖6.22 半橋電路的理想化波形半橋電路的理想化波形25+N1S2S3S4VD1VD2VD4VD3LS1N2+-+-uduTUiUoW2W1S1(S4)S2(S3)uS1(uS4)uS2(uS3)iS1(iS4)iS2(iS3)iD1(iD4)iS2(iS3)tonTttttttttUiUiiLiLOOOOOOOO圖圖6.2

22、3 全橋電路原理圖全橋電路原理圖圖圖6.24 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形v 工作過程：工作過程： 全橋逆變電路中，互為對(duì)角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。 當(dāng)S1與S4開通后，二極管VD1和VD4處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升； S2與S3開通后，二極管VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。 當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，4個(gè)二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降.S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。 2全橋電路全橋電路 26如果S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則

23、交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流 分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。 輸出電壓：輸出電壓： 濾波電感電流連續(xù)時(shí)： 輸出電感電流斷續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于式（8-5）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， TtNNUUon12io2=UNNUoi=21+N1S2S3S4VD1VD2VD4VD3LS1N2+-+-uduTUiUoW2W1S1(S4)S2(S3)uS1(uS4)uS2(uS3)iS1(iS4)iS2(iS3)iD1(iD4)iS2(iS3)tonTttttttttU

24、iUiiLiLOOOOOOOO圖圖6.23 全橋電路原理圖全橋電路原理圖圖圖6.24 全橋電路的理想化波形全橋電路的理想化波形273 推挽電路推挽電路+S1S2VD1VD2LUiN1N1N2N2UoS1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖圖6.25 推挽電路原理圖推挽電路原理圖圖圖6.26 推挽電路的理想化波形推挽電路的理想化波形v 工作過程：工作過程： 推挽電路中兩個(gè)開關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組N1和N1兩端分別形成相位相反的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。 S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。

25、S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，電感L的電流也逐漸上升。 當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為2倍Ui。 S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。28 輸出電壓：輸出電壓： 濾波電感L電流連續(xù)時(shí)： 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下: TtNNUUon12io2=UNNUoi=2129表表6-1為以上幾種電路的相互比較。為以上幾種電路的相互比較。304 全波整流和全橋整流全波整流和全橋整流雙端電路中常用的整流電路形式為全波整流電路和全

26、橋整流電路，其原理圖如圖6.27所示。(a) 全波整流電路全波整流電路 (b) 全橋整流電路全橋整流電路圖圖6.27 全波整流電路和全橋整流電路原理圖全波整流電路和全橋整流電路原理圖 全波整流電路的特點(diǎn)全波整流電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：電感L的電流只流過一個(gè)二極管，回路中只有一個(gè)二極管壓降，損耗小，而且整流電路中只需要2個(gè)二極管，元件數(shù)較少。 缺點(diǎn)：二極管斷態(tài)時(shí)承受的反壓是二倍的交流電壓幅值，對(duì)器件耐壓要求較高，而且變壓器二次側(cè)繞組有中心抽頭，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 適用場(chǎng)合：輸出電壓較低的情況下（100V）。31 全橋電路的特點(diǎn)全橋電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：二極管在斷態(tài)承受的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的繞組結(jié)構(gòu)較為

27、簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：電感L的電流流過兩個(gè)二極管，回路中存在兩個(gè)二極管壓降，損耗較大，而且電路中需要4個(gè)二極管，元件數(shù)較多。 適用場(chǎng)合：高壓輸出的情況下。同步整流電路：當(dāng)電路的輸出電壓非常低時(shí)，可以采用同步整流電路，利用低電壓MOSFET具有非常小的導(dǎo)通電阻的特性降低整流電路的導(dǎo)通損耗，進(jìn)一步提高效率。+V1V2L圖圖6.28 同步整流電路原理圖同步整流電路原理圖32 6.2.3 開關(guān)電源開關(guān)電源 如果間接直流變流電路輸入端的直流電源是由交流電網(wǎng)整流得來，所構(gòu)成的交直交直電路，通常被稱為開關(guān)電源。 由于開關(guān)電源采用了工作頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，體積和重量都遠(yuǎn)小于相控整流電源，此外

28、，工作頻率的提高還有利于控制性能的提高。33 6.36.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用6.3.1典型的直流調(diào)速系統(tǒng)典型的直流調(diào)速系統(tǒng) 1. 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng) 圖中Ld為平波電抗器。在此系統(tǒng)中，勵(lì)磁電流保持恒值，調(diào)速是通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞電壓來實(shí)現(xiàn)的。比例調(diào)節(jié)器為控制環(huán)節(jié)，測(cè)速發(fā)電機(jī)和電位器RP2為檢測(cè)和反饋環(huán)節(jié)（RP2調(diào)節(jié)反饋量），RP 1為給定電位器。 圖圖6.29 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖34圖圖6.30 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)組成框圖具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)組成框圖 圖圖6.3

29、1 具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)過程具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的直流調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)過程 352.具有電壓負(fù)反饋和電流正反饋的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)具有電壓負(fù)反饋和電流正反饋的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)（亦即綜合后的偏差電壓）U（UsUfnUfi）（因各信號(hào)輸入回路電阻均為R0）這樣，當(dāng)TL、n時(shí)，Ia、Ufi及Ufn，使 ，從而使輸出電壓Uo增加，轉(zhuǎn)速n增加，起到了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用。 U36 3.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)圖圖6.32 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖37圖圖6.33 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組

30、成框圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖38圖圖6.35 速度環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程速度環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程圖圖6.34 電流環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程電流環(huán)的自動(dòng)調(diào)節(jié)過程39 4.PWM直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)圖圖6.37 6.37 雙極式雙極式PWMPWM變換器電壓和變換器電壓和電流波形電流波形圖圖6.36 雙極式雙極式H型可逆型可逆PWM變換器電路原理圖變換器電路原理圖40直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率元件少；（2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；（4）系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)

31、；（5）主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率高；（6）直流電源采用不可控三相整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)高。 表表6-2 雙極式和單極式可逆雙極式和單極式可逆PWM變換器的比較（當(dāng)負(fù)數(shù)較重時(shí)）變換器的比較（當(dāng)負(fù)數(shù)較重時(shí)）416.3.2 變頻器變頻器1.變頻器的基本構(gòu)成變頻器的基本構(gòu)成圖圖6.38 交交-直直-交變頻器的基本構(gòu)成交變頻器的基本構(gòu)成M圖圖6.39 電壓型變頻器主電路電壓型變頻器主電路422. PWM逆變電路及其控制方法逆變電路及其控制方法沖量等效原理：沖量等效原理：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。因此，可以通過一定的控制方式，用一系列等幅不等寬的

32、脈沖來代替一個(gè)正弦波。 表表6-3 電壓型變頻器主回路方式的比較電壓型變頻器主回路方式的比較43圖圖6.40單相橋式電壓?jiǎn)蜗鄻蚴诫妷盒湍孀冸娐沸湍孀冸娐繁肀?-4 阻感負(fù)載單相橋式阻感負(fù)載單相橋式PWM逆變電路分析逆變電路分析（輸出電壓（輸出電壓uo的正半周，的正半周，V1導(dǎo)通，導(dǎo)通，V3、V4交替導(dǎo)通）交替導(dǎo)通）44 4. PWM集成電路集成電路圖圖6.43 TL494的引腳排列的引腳排列表表6-5 6-5 TL494集成芯片各引腳的名稱、功能和用法集成芯片各引腳的名稱、功能和用法1）TL494脈寬調(diào)制器集成電路脈寬調(diào)制器集成電路45表表6-5 6-5 TL494集成芯片各引腳的名稱、功能和

33、用法集成芯片各引腳的名稱、功能和用法圖圖6.43 TL494的引腳排列的引腳排列46 2）SG3525 BMOS電壓型電壓型PWM控制器集成電路控制器集成電路 圖圖6.45 SG3525的引腳排列的引腳排列 表表6-6 SG3525芯片各引腳的名稱、功能和用法芯片各引腳的名稱、功能和用法47表表6-6 SG3525芯片各引腳的名稱、功能和用法芯片各引腳的名稱、功能和用法圖圖6.45 SG3525的引腳排列的引腳排列 486.3.3 典型變頻調(diào)速系統(tǒng)典型變頻調(diào)速系統(tǒng) 1交交-直直-交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)圖圖6.47 電壓型逆變器頻率開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電壓型逆變器頻率開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電壓控

34、制回路控制整流橋的輸出直流電壓大小，頻率控制回路控制逆變橋的輸出頻率大小，使電動(dòng)機(jī)定子得到變壓變頻的交流電。兩個(gè)控制回路由一個(gè)轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)控制。電壓控制采用相位控制，改變晶閘管控制角a，即可控制整流橋的直流輸出電壓大小。 電壓閉環(huán)保證實(shí)際電壓與給定電壓大小一致，同時(shí)對(duì)前向通道上的擾動(dòng)信號(hào)起抗擾作用。在電壓調(diào)節(jié)器AVR前面設(shè)置函數(shù)發(fā)生器，是為了協(xié)調(diào)電壓與頻率的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)前述的控制方式。這里在額定頻率以下實(shí)行E1/f1=常數(shù)；額定頻率以上實(shí)行近似恒功率控制方式。頻率控制是通過壓頻變換器、環(huán)行分配器、脈沖輸出等環(huán)節(jié)，控制逆變橋晶閘管的開關(guān)頻率。49 2交交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)交變頻調(diào)速系統(tǒng)圖圖6.48

35、 交交-交變頻器的頻率開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖交變頻器的頻率開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖給定器給出一頻率給定信號(hào) ，經(jīng)A/D變換器輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù) 的大小，按照某種控制規(guī)律，算出對(duì)應(yīng)的電壓給定值后，輸出三個(gè)相位差120、幅值和頻率分別與頻率給定信號(hào)和電壓給定 信號(hào)相同的正弦交流電壓信號(hào)，經(jīng)D/A變換器作為三個(gè)電壓調(diào)節(jié)器AVR的給定電壓信號(hào) 。當(dāng)電壓給定信號(hào)以一定頻率和幅值周期性變化時(shí)，變頻器輸出端就向電動(dòng)機(jī)提供與其對(duì)應(yīng)的交流電，其電壓大小與信號(hào)電壓成正比，頻率與信號(hào)頻率相同。改變給定信號(hào)大小，即可使電動(dòng)機(jī)得到變壓變頻的交流電源。-*fU*fU*1U506.3.4 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖6.49 H

36、VDC典型系統(tǒng)接線圖典型系統(tǒng)接線圖在遠(yuǎn)離用電負(fù)荷中心的發(fā)電站采用直流電（兩根輸電線）遠(yuǎn)距離輸送同等功率的電能比采用交流電（三根輸電線）更加經(jīng)濟(jì)。一般而言，直流架空輸電線的等價(jià)距離約為480650km，若采用地下或海底電纜線路，其等價(jià)距離會(huì)更?。s為1030km）。由于高壓電纜分布電容和充電功率的限制，長(zhǎng)距離海底電纜交流輸電幾乎是不可能的，而直流方式比較適宜。 圖6.49所示為用直流輸電方式連接兩個(gè)交流系統(tǒng)的典型框圖，其中的兩個(gè)交流電力系統(tǒng)都可能有各自的電源和負(fù)載。 假定功率方向是從系統(tǒng)A指向系統(tǒng)B。系統(tǒng)A的交流母線電壓將被升壓到所要求的輸電電壓水平，然后由A端換流站整流，再經(jīng)直流線路把電能送向

37、B端。受電端B也有換流站，它把直流電逆變換成交流電，并通過變壓器調(diào)整到系統(tǒng)B所需的電壓等級(jí)。這樣，從直流輸電線傳輸來的電能經(jīng)過系統(tǒng)B的交流輸電配電線供給用戶。516.3.5 靜止無功補(bǔ)償靜止無功補(bǔ)償 根椐所采用的電力電子器件，靜止無功補(bǔ)償裝置分為兩大類型：根椐所采用的電力電子器件，靜止無功補(bǔ)償裝置分為兩大類型： 1、采用晶閘管開關(guān)的靜止無功補(bǔ)償裝置：、采用晶閘管開關(guān)的靜止無功補(bǔ)償裝置： 1）晶閘管控制電抗器（）晶閘管控制電抗器（ Thyristor Controlled Reactor TCR） 2）晶閘管投切電容器（）晶閘管投切電容器（Thyristor SwitchedCapacitor

38、TSC） 2、采用自換相變流器的靜止無功補(bǔ)償裝置：、采用自換相變流器的靜止無功補(bǔ)償裝置： 也即（靜止無功發(fā)生器（也即（靜止無功發(fā)生器（Static Var GeneratorSVG）或高級(jí)靜）或高級(jí)靜 止無功補(bǔ)償裝置（止無功補(bǔ)償裝置（AdTanced Static Var CompensatorASVC）。）。 1、組成：、組成：由電力電子器件與儲(chǔ)能元件構(gòu)成。由電力電子器件與儲(chǔ)能元件構(gòu)成。2、特點(diǎn)：、特點(diǎn)：在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。在于能快速調(diào)節(jié)容性和感性無功功率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。3、應(yīng)用：、應(yīng)用：常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)干擾、常用于防止電網(wǎng)中部分沖擊性

39、負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)干擾、重負(fù)荷突然投切造成的無功功率強(qiáng)烈變化。重負(fù)荷突然投切造成的無功功率強(qiáng)烈變化。52（1）晶閘管可控電抗器）晶閘管可控電抗器（TCR）基本原理：基本原理：TCR的基本原理圖的基本原理圖 TCR單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，單相基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管與一個(gè)電抗器串聯(lián)，這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)。這樣的電路并聯(lián)到電網(wǎng)上，就相當(dāng)于電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)。 TCR工作原理和不同觸發(fā)角時(shí)的工作波形與交流調(diào)壓電路完全工作原理和不同觸發(fā)角時(shí)的工作波形與交流調(diào)壓電路完全相同。相同。53（2）晶閘管投切電容器（）晶閘管投切電容器（

40、TSC）工作原理：工作原理：TSC單相機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖單相機(jī)構(gòu)及其控制系統(tǒng)原理圖 TSC由兩個(gè)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。工作由兩個(gè)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。工作時(shí)，時(shí)，TSC與電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)控制電路檢測(cè)到電網(wǎng)需要無功補(bǔ)償時(shí)，觸發(fā)晶與電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)控制電路檢測(cè)到電網(wǎng)需要無功補(bǔ)償時(shí)，觸發(fā)晶閘管靜態(tài)開關(guān)并使之導(dǎo)通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進(jìn)行無功補(bǔ)償；閘管靜態(tài)開關(guān)并使之導(dǎo)通，這樣，便將電容器接入電網(wǎng)，進(jìn)行無功補(bǔ)償；當(dāng)電網(wǎng)不需要無功補(bǔ)償時(shí)，關(guān)斷晶閘管靜態(tài)開關(guān)，從而切斷電容器與電當(dāng)電網(wǎng)不需要無功補(bǔ)償時(shí)，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。網(wǎng)的聯(lián)接。

41、 因此，因此，TSC實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償實(shí)際上就是斷續(xù)可調(diào)的吸收容性無功功率的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。裝置。 54 1、TSC主電路主電路 一般將電容器分成幾組，每組均可由一般將電容器分成幾組，每組均可由晶閘管投切，如圖所示。電容器分組通常晶閘管投切，如圖所示。電容器分組通常采用二進(jìn)制方案，即采用采用二進(jìn)制方案，即采用n-1個(gè)電容值為個(gè)電容值為C的電容和一個(gè)電容值為的電容和一個(gè)電容值為C/2的電容，這樣的電容，這樣的分組可以使組合成的電容值有的分組可以使組合成的電容值有2n級(jí)。級(jí)。 TSC主電路主電路 2、零電壓投入問題、零電壓投入問題 為使補(bǔ)償電容器的投入與切除過為使

42、補(bǔ)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(zhǔn)備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)擇準(zhǔn)備投入的電容器上的電壓為電網(wǎng)線電壓的正或負(fù)峰值且電壓極性相同線電壓的正或負(fù)峰值且電壓極性相同的時(shí)刻，切除時(shí)只要撤消觸發(fā)信號(hào)即的時(shí)刻，切除時(shí)只要撤消觸發(fā)信號(hào)即可，開關(guān)在電流過零之后會(huì)自行關(guān)斷?？?，開關(guān)在電流過零之后會(huì)自行關(guān)斷。晶閘管電壓過零觸發(fā)電路晶閘管電壓過零觸發(fā)電路示意圖示意圖 55 3、電容器投切判據(jù)與信號(hào)檢測(cè)電容器投切判據(jù)與信號(hào)檢測(cè) 在圖中設(shè)節(jié)點(diǎn)相電壓為：在圖中設(shè)節(jié)點(diǎn)相電壓為： tUtupwsin2)(=節(jié)點(diǎn)相電壓與負(fù)載電流節(jié)點(diǎn)相電壓與負(fù)載電流 負(fù)載電流為：負(fù)載電流

43、為： )()(cossin2sincos2)(tititItItiqpL+=+=ww 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。分別為有功電流分量和無功電流分量。 當(dāng)當(dāng)t=2k時(shí)：時(shí)：QMLIIki=sin2)2( 可見，只要測(cè)量在相電壓正向過零時(shí)刻的負(fù)載電流，就可見，只要測(cè)量在相電壓正向過零時(shí)刻的負(fù)載電流，就可知對(duì)應(yīng)的無功電流最大值可知對(duì)應(yīng)的無功電流最大值IQM。這種無功電流檢測(cè)方法簡(jiǎn)。這種無功電流檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、快速（在一個(gè)周期內(nèi)只要采樣一次）。單、快速（在一個(gè)周期內(nèi)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)56（1）以無功電流為投切判據(jù)

44、）以無功電流為投切判據(jù)tUCdtduCipcwwcos2=tItIiQMqwwcoscossin2=UICQMw2= 上式上式C即為全補(bǔ)償所需投切的電容量，即為全補(bǔ)償所需投切的電容量，C為負(fù)值，則是切除相為負(fù)值，則是切除相應(yīng)容量的電容器；反之，則應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器。應(yīng)容量的電容器；反之，則應(yīng)投入相應(yīng)容量的電容器。 圖中，電壓信號(hào)經(jīng)濾波后由過零脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生相電壓，正圖中，電壓信號(hào)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(hào)，作為采樣保持器的采樣開關(guān)信號(hào)，于是采樣保向過零脈沖信號(hào)，作為采樣保持器的采樣開關(guān)信號(hào)，于是采樣保持器的輸出就是無功電流幅值。持器的輸出就是無功電流幅值。 前

45、圖中，前圖中，iL=ic+is ，如果使，如果使iq=ic ，則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償。，則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償。無功電流為投切無功電流為投切 判據(jù)的判據(jù)的檢測(cè)電路原理圖檢測(cè)電路原理圖 由由和和可得可得57（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(jī)通過可讓單片機(jī)通過/轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)和信號(hào)在一轉(zhuǎn)換同時(shí)對(duì)和信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行次采樣，得到個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行次采樣，得到 2個(gè)數(shù)據(jù)，由此個(gè)數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行下述離散運(yùn)算得到進(jìn)行下述離散運(yùn)算得到UBC、IA和和PBC ： =NkAkBCiNI121=NkBCkBCuNU121=NkAkBCkBCiuNP11l 對(duì)于對(duì)稱三相補(bǔ)償，只要取任意兩相電壓對(duì)于對(duì)稱三相補(bǔ)償，

46、只要取任意兩相電壓（線電壓）和另一相電流，就可測(cè)得無功功率。（線電壓）和另一相電流，就可測(cè)得無功功率。 檢測(cè)檢測(cè)A相電流相電流 和和BC相線電相線電壓向量圖壓向量圖2)(1ABCBCIUPPF = =l由于由于PBC=UBCIAsin，則功率因數(shù)為，則功率因數(shù)為:584、控制器原理框圖控制器原理框圖 TSC控制器原理框圖控制器原理框圖 l TSC的控制器主要由單片機(jī)、鍵盤接口電路、液晶顯示接口的控制器主要由單片機(jī)、鍵盤接口電路、液晶顯示接口電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、同步電壓檢測(cè)、電壓電流和頻率檢測(cè)，還有電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、同步電壓檢測(cè)、電壓電流和頻率檢測(cè)，還有觸發(fā)電路等部分組成。該控制器硬件的原理方框圖

47、如圖所示。觸發(fā)電路等部分組成。該控制器硬件的原理方框圖如圖所示。 59 6.3.6 靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器 工作原理工作原理 SVG基本電路結(jié)構(gòu)基本電路結(jié)構(gòu) 適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值，就可以使該適當(dāng)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹ｋ娐肺栈蛘甙l(fā)出滿足要求的無功電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?下圖給出了采用自換相電壓型橋式的下圖給出了采用自換相電壓型橋式的SVG基本電路結(jié)構(gòu)。基本電路結(jié)構(gòu)。1SVG補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理60 工作原理工作原理 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

48、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 的幅值的幅值大小即可以控制大小即可以控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后從電網(wǎng)吸收的電流是超前還是滯后90，并且還能，并且還能控制該電流的大小?？刂圃撾娏鞯拇笮?。 sU.iU.I 僅考慮基波頻率時(shí)僅考慮基波頻率時(shí) SVG工作原理可以用圖（工作原理可以用圖（a）所示的單相等效電）所示的單相等效電路來說明。路來說明。.iUsU. 當(dāng)當(dāng) 大于大于 時(shí)，電流時(shí)，電流超前電壓超前電壓90，SVG吸收容吸收容性無功功率；性無功功率； 當(dāng)當(dāng) 小于小于 時(shí)，電流時(shí)，電流滯后電壓滯后電壓90，SVG吸收感吸收感性無功功率。性無功功率。

49、.iU.iUsU.61 6.3.7 有源電力濾波器有源電力濾波器1電力系統(tǒng)諧波及其抑制電力系統(tǒng)諧波及其抑制并聯(lián)無源濾波器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、初期投資少、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，但由于其濾波特性受系統(tǒng)阻抗的影響，不能適應(yīng)系統(tǒng)頻率變化或系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變。并且，元件參數(shù)隨環(huán)境溫度變化而變化，出現(xiàn)失諧現(xiàn)象；此外，還可能發(fā)生并聯(lián)諧振產(chǎn)生諧波放大等問題；由于本身存在的阻尼作用，對(duì)波動(dòng)或快速變化諧波更是無能為力。70年代初有專家提出具有功率處理能力的有源諧波補(bǔ)償原理，但當(dāng)時(shí)受到器件技術(shù)和控制電路技術(shù)的限制，一直處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。近十幾年來隨著功率器件水平的長(zhǎng)足進(jìn)步，瞬時(shí)無功功率理論和PWM控制技術(shù)的不斷發(fā)展，有源

50、電力濾波器已進(jìn)人到工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的新時(shí)期。隨著系統(tǒng)中非線性特殊負(fù)荷日益增多，特別是近年來高度非線性電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，雖然它們?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)用電帶來了高效、可控的功率變換和能量調(diào)節(jié)等好處，但高速開關(guān)器件的通斷除使系統(tǒng)因無功功率急劇變化引起電壓波動(dòng)和閃變外，還造成電壓和電流波形的嚴(yán)重畸變，危害用電設(shè)備和通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，諧波污染已成為電力系統(tǒng)一項(xiàng)不容忽視的問題。世界上許多國(guó)家已經(jīng)制定出限制標(biāo)準(zhǔn)，并采取了各種有效的抑制措施。 622有源諧波補(bǔ)償原理有源諧波補(bǔ)償原理有源電力濾波器與被補(bǔ)償負(fù)荷間的連接形式分串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。 串聯(lián)型有源濾波器是為改善無源濾波器的濾波特性而提出的，它必須與并聯(lián)無源濾波器共同使用。由于串聯(lián)有源濾波電路在基波頻率下阻抗為零，在諧波頻率下阻抗極高，它相當(dāng)于一個(gè)隨頻率可調(diào)的阻抗電路。因此串聯(lián)型有源濾波器實(shí)際上是諧波隔離器，起到阻斷負(fù)荷諧波電流注入系統(tǒng)，同時(shí)又起到隔離電源側(cè)諧波電壓對(duì)負(fù)荷側(cè)影響的作用。63圖圖6.59 并聯(lián)型有源濾波基本原理并聯(lián)型有源濾波基本原理圖圖6.60 諧波補(bǔ)償波形諧波補(bǔ)償波形 并聯(lián)型有源濾波器并聯(lián)型有源濾波器是工業(yè)采用較多的