電力電子裝置-打印版

1、電力電子裝置GC1.電力電子裝置是以滿足用電要求為目標(biāo)，以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過合 理的電路拓?fù)浜涂刂品绞?，采用相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)對電能實(shí)現(xiàn)和控制的裝 置。2電力電子裝置和負(fù)載組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)稱為 電力電子控制系統(tǒng)基本組成：它是通過弱電控制強(qiáng)電實(shí)現(xiàn)t運(yùn)行指令3電力電子裝置及其控制系統(tǒng)的 其功能的4電力電子裝置的主要類型(1)根據(jù)電能轉(zhuǎn)換形式的不同， 基本上可以分為5大類：交流 -直流變換器(AC/ DC)、直 流-交流變換器(DC/AC)、直流直流變換器(DC/DC)、交流交流變換 器(AC/AC)和電力電子靜 態(tài)開關(guān)。AC/DC變換器又稱整流器。用于將交流電能變換為直流電能。DC/DC變換

2、器用于將一種規(guī)格的直流電能變換為另一種規(guī)格的直流電能。DC/AC變換器又稱逆變器。用于將直流電能變換為交流電能。AC/AC變換器用于將一種規(guī)格的交流電能變換為另一種規(guī)格的交流電能。 靜態(tài)開關(guān)又稱無觸點(diǎn)開關(guān)，它是由電力電子器件組成的可控電力開關(guān)05 .電力電子裝置的應(yīng)用概況：(1)電力電子裝置在供電電源、電機(jī)調(diào)速、電方至統(tǒng)'等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。 直流電源裝置 通信電源 充電電源 電解、電鍍直流電源 開關(guān)電源 交流電源裝置 交流穩(wěn)壓電源 通用逆變電源不間斷電源UPS 特種電源裝置 靜電除塵用高壓電超聲波電源 感應(yīng)加熱電源焊 接電源電力系統(tǒng)用裝置高壓直流輸電無功功率補(bǔ)償裝置和電力有源濾

3、波器電力開關(guān) 電機(jī)調(diào)速用電力電子裝置 交、直流調(diào)速裝置 其他實(shí)用裝置 電子整流器和電子變壓器空調(diào)電源 微波爐、應(yīng)急燈等電源6發(fā)展前景(1)交流變頻調(diào)速綠色電力電子裝置電動車新能源發(fā)電信息電源7.應(yīng)用 技術(shù)：電當(dāng)川jT遇丁孽:關(guān)新«中法(1)散熱技術(shù)：PN結(jié)的性能與溫度密切相關(guān)，每種電力電子器件都要規(guī)定 最高允許結(jié)溫Tim，器件在運(yùn)行時(shí)不應(yīng)超過7V和功耗的最大允許值Pm, 否則器件的許多特性和參數(shù)都要有較大變化，甚至使器件被永久性地?zé)?壞。(2)緩沖電路：抑制開關(guān)器件的di/dt、du/d t， 改變開關(guān)軌跡，減少開關(guān)損耗，使之工作在安 全工作區(qū)內(nèi)。能量以熱的形式 消耗在緩沖電 路的電

4、阻上。采用有極性的緩沖電路，以便加 快電容或電感的抑制作用。(3)保護(hù)技術(shù) 防止過電流的措施：為了防止橋臂中兩個 開關(guān)器件直通，通常對兩個開關(guān)器件的 驅(qū)動 信號進(jìn)行互鎖并設(shè)置死區(qū)。1)互鎖就是橋臂中一開關(guān)器件有驅(qū)動信號時(shí)，絕對不允許另一開關(guān)器件有驅(qū)動信號中可以利用門電路將橋臂兩個驅(qū)動信號進(jìn)行互鎖。2)死區(qū)是指橋臂中兩個開關(guān)器件都不允許開通的時(shí)間。一般元件的關(guān)斷時(shí)間往往大于開通時(shí)間，當(dāng)接收到開通信號后應(yīng)該推遲一定的死區(qū)時(shí)間再驅(qū) 動開關(guān)管，才能避免(死區(qū)t取關(guān)斷t1.52倍)電流信號檢測慢速型快速型；輸出過壓保護(hù)；輸入瞬態(tài)電壓抑制； 輸入欠壓保護(hù)；過溫保護(hù)；器件控制極保護(hù)；自鎖式保護(hù)電路二、高頻開

5、關(guān)電源48發(fā)展?fàn)顩r：1高頻化2)電源電路的模塊化、集成化3)綠色化9 高頻開關(guān)電源的基本組 成高頻開關(guān)電源主要由輸入環(huán)節(jié)、功率變換電路以及控制驅(qū)動保護(hù)電路3大部分組 成。功率因數(shù)為1的高頻整流器電源作為電網(wǎng)的負(fù)載，應(yīng)該采取措施提高電源 的輸入功率因數(shù)，通常功率因數(shù)校正有兩種方法：無源功率因數(shù)校正和有源功 率因數(shù)校正。1 ).無源功率因數(shù)校正 無源功率因數(shù)校正是在電源輸入端加入電感量很大的低頻電感，以便減 小濾波 電容充電電流的尖峰。2).有源功率因數(shù)校正輸人功率因數(shù)提高到接近1。通常也有兩種方法：1有源濾波器進(jìn)行無功和諧波 的補(bǔ)償。2采用功率因數(shù)校正電路，直接提高整流電路的輸入功 率因數(shù)。ti

6、$-UG十狂中梅口 Whi住轅舐黑 若玄洗側(cè)電用航為正再設(shè)市n SP J .Us處于正半周時(shí)：us>01）狀態(tài)1，si截止，s2導(dǎo)通，is上升，us = Ls ? dis/dt Uc2狀態(tài)2，S1通、S2截止、is下降，其等效電路如圖2. 24 （b）所示，且us = Ls ? Ls /dis + Uc1Ms處于負(fù)半周時(shí)，恰好與上述情況相反。因此通過對S和各按電流跟蹤的策略控制，可以實(shí)現(xiàn)整流器輸入端電流is為正弦波、功率因數(shù)為1及輸出電壓可調(diào)的目的。由上分析可知，滯后電流控制使橋臂A點(diǎn)電壓Ma。為一系列PWM交變方波，幅值為士 Udc/2。三、1 ,逆變器主電路結(jié)構(gòu)：單相逆變器主電路拓?fù)?/p>

7、結(jié)構(gòu)如圖3. 1所示，主 要有半橋式、全橋式和推挽式3種。1. Ups類型：按輸出波形分有方波、梯形波和'3亡少超1-|半橋式（b）全橋式（c）推挽式.2.逆變器的直流不平衡問題：通常講的逆變器直流不平衡，是指變壓器“直流 不平衡”，它對系統(tǒng)危害性很大，必須探討解決的措施。a）產(chǎn)生的原因：（正負(fù)半周傳輸能量不平衡）加在主變壓器上的電壓波 形正、負(fù)不對稱，使得主變壓器發(fā)生偏磁現(xiàn)象。b）直流不平衡的危害變壓器鐵芯因“偏磁”單方向飽和，它會使輸出電壓波形畸變率增加，同時(shí)在 變壓器原邊繞組出現(xiàn)極大的勵磁電流（電流尖峰可能有近十倍正常電流值）， 可能使功率開關(guān)管因過流而損壞，對系統(tǒng)危害性很大，必

8、須米取措施解決。O 抗不平衡常用措施：1.模擬補(bǔ)償方法2.數(shù)字適時(shí)補(bǔ)償電路一、不間斷電 源UPS正弦波；按有無機(jī)械運(yùn)動分有動態(tài)UPS和靜態(tài)UPS，動態(tài)UPS是依靠一個 大飛輪存儲的動能來維持供電不中斷，靜態(tài)UPS是以蓄電池儲能，應(yīng)用電力變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)不間斷供電；根據(jù)UPS的電路結(jié)構(gòu)、不間斷 供電的方 式及人們的習(xí)慣,UPS又分為后備式、雙變換在線式、在線互動式和雙變換電壓 補(bǔ)償在線式(Delta變換式)4種類型。2 .工作原埋：(1)后備式ups :(2)雙變換在線THr 1一整詭禱一(躺出式UPS1充電雪：h施苗電 J二 stit 也 rt>國彳.3嚶橫ft輜UFS呆址市閽(3)在線互動

9、式(4)Delta 變換式 UPS市電輸入De血變換器3 性能：UFS炎型*/kVA”期率質(zhì)露一La«呵出f二<2僥耳磚.寥_,：.W渡弼崎燮賈尸或丫：取變搏在貌武JHf 仇7L2曲asmti b=iw完金懷量電干擾在規(guī)嘟式Lot 得#&胃掘電陽聯(lián)和北Ddu查集式 和.L .LS/O1 幻4 0被矗畸變醒小禳吃網(wǎng)干ta小數(shù)輕上猜慮屬足由蕃第序定 山眼疝京-f - 中八 * I 43/4. UPS的組成：它由整流器(或PFC電路)、逆變器、蓄電池組、交流濾波器、靜態(tài)開關(guān)、旁路電源、備用電網(wǎng)(如油機(jī))、整流器 (或PFC電路)觸發(fā)控制 電路、逆變器觸發(fā)控制電路、靜態(tài)開關(guān)控制

10、電路和輔助電路等組成。【其中輔助電路又包括電壓、電流、頻率、溫度等的檢測電路，輔助電源，啟動和停止電路、顯示電 路，逆相和缺相檢測電路，保護(hù)和報(bào)警電路等。】5 ,蓄電池組1 .蓄電池的種類及其工作原理UPS電源要求蓄電池必須具有在短時(shí)間內(nèi)輸出大電流的特性，供電時(shí)間能維持 1 o分鐘左右。常用的蓄電池有3種，它們都屬于鉛酸電池：經(jīng)濟(jì) 型的HS型電 池和適合于低溫工作的AHH型電池；適用于長放電時(shí)間要 求的CS型電池；小 型密封式M型電池。2 .蓄電池的基本性能指標(biāo)：容量，放電率，放電電流，放電終止電壓3 .75v/單格，自放電率0.01 C天。占 H1BS.3最大放電電流：4.鎖相環(huán)工作原理：包

11、含鑒相器(phase detector, PD)，環(huán)路濾波器(loop filter，LF)以及壓控振蕩器(voltage con trolled oscillator, VC0)這3個基本部件?；驹恚篴)五、直流電動機(jī)無觸點(diǎn)啟動器：正常情況下采用PWM控制，當(dāng)出現(xiàn)瞬時(shí)過流時(shí)采用滯環(huán)控制，讓系統(tǒng)躲過尖峰電流。a)控制系統(tǒng)啟動器采用IGBT全控器件，為了提高啟動器的可靠性，系統(tǒng)利用PWM 電流環(huán)和瞬時(shí)值電流滯環(huán)相結(jié)合的方法控制IGBT通、斷，電流反饋同時(shí)引 入3個環(huán)節(jié)。六、交流調(diào)功器：一般的電熱裝置只要求有合適的電功率傳輸，對電壓、電流的波形沒有 嚴(yán)格要 求，提供這類電能變換的裝置稱為調(diào)功器

12、。采用過零觸發(fā)的周波控制式，輸出電壓是斷續(xù)的正弦波，避免了相位控制下缺角正弦波引起 的干擾，使高態(tài)浪涌電流和大為減少。(定周期控制)1 .基本原理七、無功補(bǔ)償：原因：如果用電設(shè)備的功率因數(shù)較低，就需要從電網(wǎng)吸收較多 的無功功率。無功功率的吸收降低了發(fā)電、輸電設(shè)備的利用率，增加了線路損 耗和壓降。如果是沖擊性無功負(fù)載，還會使局部電網(wǎng)電壓產(chǎn)生劇烈波動，影響 正常供電?！鹃_關(guān)型靜止無功補(bǔ)償裝置，主要有阻抗補(bǔ)償和開關(guān)變換電路補(bǔ) 償】1.抗補(bǔ)償方案：阻抗補(bǔ)償是利用電力開關(guān)器件在電路中接人合適的電容或電感，使得電路的總阻抗接近阻性，功率因數(shù)接近1。2,電壓源變流器補(bǔ)償：利用電力電子開關(guān)組成變化器，向電網(wǎng)提供負(fù)載需 要的無功功率3.諧波對電力系統(tǒng)的危害：諧波增加了公用電網(wǎng)的附加輸電損耗，降低 了發(fā)電、輸電設(shè)備的利用率。(2)在電纜輸電的情況下，諧波以正比于其電壓幅值的形式增加了介質(zhì)的 電場強(qiáng)度，縮短了電纜的使用壽命，還增加了事故概率和修理費(fèi)用。(3)諧波會影響甚至嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常工作。比如諧波對電機(jī)產(chǎn)生 附加轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致不希望的機(jī)械震動、噪聲。還會引人附加銅損、鐵損，以及過 電壓，導(dǎo)致局部過熱，絕緣老化，縮短設(shè)備使用壽命。瞬時(shí)的諧波高壓還可能 損