带功率因数校正(APFC)的开关电源和充电电源

第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用1带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源第1页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用2减小对其供电电源的负面影响Vac变换器设备2Vac'变换器组合型电力电子变换电源设备1第2页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用3带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源AC/DC相控整流方案：变换器重量、体积大，给公用电网注入谐波电流，污染电网并降低电网功率因数效率低下第3页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用4带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源目标：实现输入电流is的波形与交流电源电压vs的波形同相------功率因数为1第4页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用5带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源第5页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源第6页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用7带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源1、输入电流连续，谐波频率高，EMI小

主要优点：主要缺点：2、输入电感可减少对输入滤波器的要求，可防止电网对主电路高频瞬态冲击

3、开关器件的电压不超过输出电压值

2、输入、输出间没有绝缘隔离1、器件耐压值大第7页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用8带反激式功率因数校正器的高频整流第8页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用9带反激式功率因数校正器的高频整流第9页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用10带反激式功率因数校正器的高频整流第10页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用11各种PFC电路第11页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用12电池充电电源

DC-DC蓄电池1、恒流充电2、恒压充电第12页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用139.6.3电池充电电源(续)1、恒流（限压）充电阶段：V<VRef，V2正值很大，二极管D2阻断，VR不起控制作用，电池的充电电压V从初值逐渐上升2、恒压（限流）充电阶段：V>VRef，V2下降，D2导通，D1阻断，电流调节器IR退出调节作用，电压调节器VR工作两个充电阶段：第13页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用149.1变速恒频交流发电系统9.2太阳能光伏发电系统9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源9.7荧光灯-电子镇流器照明电源

9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第14页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用15荧光灯-电子镇流器照明电源

1、白炽灯：热光源，电一光转换效率很低

2、荧光灯：冷光源，50HZ电源供电时电一光转换效率也比钨丝炽热发光效率高3-4倍3、LED：节能效果非常显著电阻温度系数为正值电阻温度系数为负值第15页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用169.1变速恒频交流发电系统9.2太阳能光伏发电系统9.3晶闸管相控整流—有源逆变的直流输电系统9.4交流异步电动机变频变速传动系统*9.5AC/DC—DC/AC恒压、横频（CVCF）不间断电源UPS9.6带功率因数校正（APFC）的开关电源和充电电源9.7荧光灯-电子镇流器照明电源9.8感应加热电源、电焊和电磁灶电源第九章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用第16页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用17感应加热电源加热原理：线圈中注入中频电流，产生中频交变磁场，在金属部件中感应中频涡流；金属部件电阻耗损在金属部件内部转化为热能加热电源：晶闸管逆变器为中频谐振式逆变器，输出频率跟踪感应加热线圈和C构成的谐振频率fr（一般逆变器的输出频率f略高于谐振频率fr，为晶闸管提供负载换流的条件）第17页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用18高频电焊电源普通电焊机：将电网50Hz交流电经变压器降压再整流成低压（如50V）直流作电焊电源：重量、体积大，焊接特性调控不理想

高频电焊机：采用AC/DC一DC/AC一AC/DC三级变换；用中频变压器取代了50Hz工频变压器，故重量轻、体积小；高频逆变器可对焊接过程进行快速的调控从而改善焊接特性第18页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用19电磁灶电源普通加热：电饭煲和煤气炉加热时，大量热能逸出到空间，电一热转换效率低高频感应加热：将50Hz交流电源整流滤波后，由一个全控开关T控制感应线圈和谐振电容C构成的并联谐振电路，将直流电压VD逆变为25-40kHz的高频电能对感应线圈供电，电一热转换效率高第19页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用20小结组合型电力电子变换电源含有直流中间环节的交流—直流—交流两级变换交流电源含有交流中间环节的直流—交流—直流二级变换直流电源有中间直流环节的多级交流电源的应用领域涉及变速恒频风力发电系统，太阳能光伏发电系统、不间断电源UPS、交流电动机变速传动系统等有中间交流环节的直流电源，常用于对供电质量要求较高的直流负载，例如通讯系统中直流基础电源等第20页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用21第十章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)

第21页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用22简单输电系统VsbVsaVscPQVsVrI第22页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用23简单输电系统第23页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用24简单输电系统第24页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用25第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第25页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用26VsbVsaVsc晶闸管投、切并联电容器（TSC）原理与特性第26页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用27晶闸管投、切并联电容器（TSC）原理与特性价格便宜，控制简单。电压过零投切，不能相控！第27页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用28C1C2C3C4C5…=1C=2C=2C=5C晶闸管投、切并联电容器（TSC）原理与特性第28页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用29晶闸管投、切并联电容器（TSC）原理与特性VsbVsaVsc第29页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用30晶闸管相控并联电抗器（TCR）VaVbVc第30页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用31能连续调节，可与TSC配合使用。导通延迟控制产生谐波电流！晶闸管相控并联电抗器（TCR）第31页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用32TCR+TSC第32页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用33第十章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性

10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿器(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)

10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)

第33页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用34补偿补偿VsbVsaVscTCSC原理第34页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用35TCSC原理第35页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用36TCSC原理第36页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用37TCSC特性

能连续调节，容性与感性工作区。TCR导通延迟控制产生谐波电流！第37页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用38第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)

10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第38页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用39STATCOM原理VsVibViaVic第39页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用40

同步电压源，感性、容性工作区。

可控性强，损耗不大。STATCOM原理第40页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用41STATCOM原理第41页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用42

幅值、相位控制框图。

直流侧电压、无功功率闭环调节。VsViSTATCOM控制第42页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用43STATCOMVDC1C2Ta1Ta2Ta3Ta4ODa1Da2Tb1Tb2Tb3Tb4Db1Db2Tc1Tc2Tc3Tc4Dc1Dc2ABC第43页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用44STATCOMVD1VD2VD1VD2VD1VD2ABC第44页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用45SSSC原理控制保证1第45页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用46SSSC原理控制保证23外部结构保证保持不变4外部结构保证保持不变大小和相位可控DVR第46页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变换电源的应用47第10章电力电子开关型补偿控制器10.1电力传输基本运行特性10.2晶闸管开关型并联补偿控制器(TSC、TCR)10.3晶闸管开关型串联电容补偿(TCSC、GCSC*)10.4PWM变流器型静止同步并联补偿器(STATCOM)10.5PWM变流器型静止同步串联补偿器(SSSC)10.6谐波电流补偿器(HCC)10.7谐波电压补偿器(HVC)

10.8统一潮流控制器(UPFC*)10.9统一电能质量控制器(UPQC*)第47页/共54页第9章多级开关电路组合型电力电子变