電力電子裝置

電力電子裝置2023/12/28電力電子裝置電力電子裝置電力電子裝置電力電子裝置8.1.1開關(guān)電源的工作原理指起電壓調(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。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(jiǎn)稱開關(guān)電源(SwitchingPowerSupply)，指起電壓調(diào)整功能的器件始終以開關(guān)方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源。

1、線性穩(wěn)壓電源：2、開關(guān)穩(wěn)壓電源：8.1開關(guān)電源電力電子裝置1、線性穩(wěn)壓電源：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)良的紋波及動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性；缺點(diǎn)：（1）輸入采用50Hz工頻變壓器，體積龐大；

（2）電壓調(diào)整器件工作在線性放大區(qū)內(nèi),損耗大,效率低；（3）

過載能力差。圖8.1.1線性穩(wěn)壓電源方框圖

電力電子裝置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(zhǔn)方波電壓，通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。圖8.1.2開關(guān)電源原理框圖工作原理：電力電子裝置8.1.2開關(guān)電源的應(yīng)用

圖8.1.4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。

電力電子裝置8.2不間斷電源

——UninterrupitablePowerSystem,簡(jiǎn)稱UPSUPS電源裝置在保證不間斷供電的同時(shí)，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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。不間斷電源：電力電子裝置8.2.1UPS的分類

1、后備式UPS

根據(jù)工作方式，UPS電源分：圖8.3.1后備式UPS的基本結(jié)構(gòu)

市電存在時(shí)，逆變器不工作，市電經(jīng)交流穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，向負(fù)載供電，同時(shí)充電器工作，對(duì)蓄電池組浮充電。市電掉電時(shí)，逆變器工作，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，繼續(xù)向負(fù)載供電。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行效率高、價(jià)格便宜，但其輸出電壓穩(wěn)壓精度差，市電掉電時(shí)，輸出有轉(zhuǎn)換時(shí)間。適于小功率。

電力電子裝置2、線式UPS

圖8.3.2在線式UPS的基本結(jié)構(gòu)

正常工作時(shí)，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(fù)載。當(dāng)市電掉電時(shí)，由蓄電池組向逆變器供電，以保證負(fù)載不間斷供電。

如果逆變器發(fā)生故障，UPS則通過靜態(tài)開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。當(dāng)故障消失后，UPS又重新切換到由逆變器向負(fù)載供電。

特點(diǎn)：總是處于穩(wěn)壓、穩(wěn)頻供電狀態(tài)，輸出電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好，波形畸變小，其供電質(zhì)量明顯優(yōu)于后備式UPS。電力電子裝置8.2.2UPS電源中的整流器

1）對(duì)于小功率UPS，整流器一般采用二極管整流電路，蓄電池充電由專門的充電器來完成。

2）對(duì)于中大功率UPS，整流器一般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(shí)，還要向蓄電池進(jìn)行充電。

3）減少UPS注入電網(wǎng)的諧波電流的方法：

4）目前，比較先進(jìn)的UPS采用PWM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1，大大降低了UPS對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。概述：電力電子裝置工作原理圖8.3.3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(gè)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(huì)使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。如果忽略這種脈動(dòng)，is為頻率與電源頻率相同的正弦波。在交流電源電壓us一定時(shí)，is的幅值和相位由uAB中基波分量的幅值及其與us的相位差決定。改變uAB中基波分量的幅值和相位，就可以使is與us同相位，電路工作在整流狀態(tài)，且功率因數(shù)為1。電力電子裝置

直流輸出電壓給定信號(hào)Ud*和實(shí)際的直流

電壓Ud比較后送入PI調(diào)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)正弦波相乘后形成交流輸入電流的給定信號(hào)is*，is*與實(shí)際的交流輸入電流is進(jìn)行比較，誤差信號(hào)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(hào)比較形成PWM信號(hào)。該P(yáng)WM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后去驅(qū)動(dòng)主電路開關(guān)器件，便可使實(shí)際的交流輸入電流跟蹤指令值，從而達(dá)到控制輸出電壓的目的。

圖8.3.4直接電流控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

單相PWM整流電路采用直接電流控制時(shí)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

電力電子裝置圖8.3.5UPS逆變器及其控制原理框圖

主電路采用全橋逆變電路，為濾去開關(guān)頻率噪聲，輸出采用LC濾波電路，且采用較小的LC濾波器。輸出隔離變壓器實(shí)現(xiàn)逆變器與負(fù)載隔離，避免它們之間電的直接聯(lián)系，從而減少干擾。

8.2.3UPS電源中的逆變器

電力電子裝置8.2.4UPS的靜態(tài)開關(guān)

為了進(jìn)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)生故障或維護(hù)檢修時(shí)，無間斷地將負(fù)載切換到市電上，由市電直接供電。圖8.2.4單相輸出UPS的靜態(tài)開關(guān)原理圖

1、工作原理：2、電路結(jié)構(gòu)：靜態(tài)開關(guān)的主電路一般由兩只晶閘管開關(guān)反并聯(lián)組成，一只晶閘管用于通過正半周電流，另一只晶閘管則用于通過負(fù)半周電流。電力電子裝置8.3變頻調(diào)速裝置若均勻地改變定子頻率，則可以平滑地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可以看出：因此，在各種異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速的性能最好，使得交流電機(jī)的調(diào)速性能可與直流電機(jī)相媲美，同時(shí)效率高，是交流調(diào)速的主要發(fā)展方向。電力電子裝置8.3.1變頻調(diào)速的基本控制方式

（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）矢量控制電力電子裝置8.3.2變頻調(diào)速裝置的分類

（1）

間接變頻調(diào)速裝置

圖8.5.1間接變頻裝置的三種機(jī)構(gòu)形式

按照電路結(jié)構(gòu)和控制方式的不同，間接變頻裝置又可以分為三種，如圖8.5.1（a）、（b）、（c）所示。電力電子裝置（2）直接變頻裝置

圖8.3.2直接變頻裝置

直接變頻裝置的結(jié)構(gòu)如圖8.5.2所示，它采用交一交變頻電路，只用一個(gè)變換環(huán)節(jié)，直接將恒壓恒頻的交流電源變換成VVVF電源。根據(jù)輸出波形，直接變頻裝置可以分成方波形和正弦波型兩種。此類變頻裝置一般只用于低速大容量的調(diào)速系統(tǒng)，如軋鋼機(jī)、球磨機(jī)、水泥回轉(zhuǎn)窯等。

電力電子裝置8.3.3SPWM變頻調(diào)速裝置

圖8.5.3開環(huán)控制的SPWM的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖電力電子裝置可靠性的基本概念

為元件或系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。1、元件或系統(tǒng)的可靠性:2、失效：3、