第8章电力电子装置(组合变流电路)

教案编写：肖强晖廖无限授课教师：肖强晖电气工程系电气工程教研室现代电力电子技术ModernPowerElectronics第8章电力电子安装重点和难点1、间接交流变流电路可分为电压型和电流型，掌握它们的各种构成方式及特点2、交直交变频器与交流电机构成变频调速系统，重点了解恒压频比控制方法，并了解转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等其他控制方法：3、CVCF变流电路主要用于UPS，掌握其根本构成方式，特点及主电路构造。4、掌握间接直流变换电路中的能量转换过程为直流——交流——直流，交流环节含有变压器。第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结本章概述1〕常用的电力电子安装通常是由前述章节所学的不同电路组成，本章重点讲述有关这些电力电子安装根本组合变流电路。2〕另外还要引见电力电子安装几个典型的运用第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结8.1组合变流电路引言8.1.1间接交流变流电路8.1.2间接直流变流电路引言8.1组合变流电路引言8.1.1间接交流变流电路8.1.2间接直流变流电路8.1.1间接交流变流电路8.1.1间接交流变流电路8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.2交直交变频器8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1间接交流变流电路8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.2交直交变频器8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1.2交直交变频器8.1.1间接交流变流电路8.1.1.1间接交流变流电路原理8.1.1.2交直交变频器8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1.1.3恒压恒频〔CVCF〕电源8.1组合变流电路引言8.1.1间接交流变流电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.1正激电路8.1.2.1正激电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.2反邀电路8.1.2.2反邀电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.3半桥电路8.1.2.3半桥电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.4全桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.5推挽电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.5推挽电路8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2间接直流变流电路8.1.2.1正激电路8.1.2.2反邀电路8.1.2.3半桥电路8.1.2.4全桥电路8.1.2.5推挽电路8.1.2.6全波整流和全桥整流8.1.2.7开关电源8.1.2.7开关电源有关开关电源的详细内容，请参见下一节第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结8.2开关电源概述8.2.1开关电源的任务原理8.2.2开关电源的运用开关电源——概述指起电压调整功能的器件一直任务在线性放大区的直流稳压电源。稳压电源：通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。简称开关电源(SwitchingPowerSupply)，指起电压调整功能的器件一直以开关方式任务的一种直流稳压电源。1、线性稳压电源：2、开关稳压电源：8.2开关电源概述8.2.1开关电源的任务原理8.2.2开关电源的运用1、线性稳压电源：优点：优良的纹涉及动态呼应特性；缺陷：〔1〕输入采用50Hz工频变压器，体积庞大；〔2〕电压调整器件任务在线性放大区内,损耗大,效率低；〔3〕过载才干差。图8.29线性稳压电源方框图8.2.1开关电源的任务原理2、开关电源：50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压经EMI防电磁干扰电源滤波器，直接整流滤波，然后再将滤波后的直流电压经变换电路变换为数十或数百kHz的高频方波或准方波电压，经过高频变压器隔离并降压(或升压)后，再经高频整流、滤波电路，最后输出直流电压。经过取样、比较、放大及控制、驱动电路，控制变换器中功率开关管的占空比，便能得到稳定的输出电压。图8.30开关电源原理框图任务原理：8.2.1开关电源的任务原理图8.30开关电源原理框图开关管占空比定义为：D=Ton/Ts；其中Ts为开关管的开关周期,Ton为一个周期内导通用时间。两种改动占空比的控制方式：1〕脉冲宽度调制控制(PWM)2、开关电源：2〕脉冲频率调制控制(PFM)8.2.1开关电源的任务原理图8.31PWM控制方式1〕脉冲宽度控制：坚持开关频率(开关周期Ts)不变，经过改动Ton来改动占空比D，从而到达改动输出电压的目的。假设占空比D越大，那么经滤波后的输出电压也就越高。坚持导通时间Ton不变，经过改动开关频率(即开关周期)而到达改动占空比的目的。任务频率不固定，呵斥滤波器设计困难。2〕脉冲频率控制：8.2.1开关电源的任务原理〔1〕功耗小、效率高。〔2〕体积小、分量轻。〔3〕稳压范围宽。〔4〕电路方式灵敏多样。开关电源缺陷：主要是存在开关噪声干扰。开关电源优点：8.2.1开关电源的任务原理8.2开关电源概述8.2.1开关电源的任务原理8.2.2开关电源的运用图8.32直流操作电源电路原理图主电路采用半桥变换电路，额定输出直流电压为220V，输出电流为10A。1、开关电源的运用8.2.2开关电源的运用2、各功能块的详细电路简介：(1)交流进线滤波器图8.33交流进线EMI滤波器该滤波器能同时抑制共模和差模干扰信号。电路构造：Cc1、Lc和Cc2构成的低通滤波器用来抑制共模干扰信号，其中Lc称为共模电感，其两组线圈匝数相等，但绕向相反，对差模信号的阻抗为零，而对共模信号产生很大的阻抗。Cd1、Ld和Cd2构成的低通滤波器那么用来抑制差模干扰信号。作用：防止开关电源产生的噪声进入电网，或者防止电网的噪声进入开关电源内部，干扰开关电源的正常任务。8.2.2开关电源的运用(2)启动浪涌电流抑制电路小功率电源：在整流桥的直流侧和滤波电容之间串联具有负温度系数的热敏电阻。大功率电路：将上述热敏电阻换成普通电阻，同时在电阻的两端并接晶闸管开关。(3)输出整流电路小功率电源通常采用半波整流电路，而对于大功率电源那么采用全波或桥式整流电路。启动浪涌电流抑制电路限流电阻启动浪涌电流抑制电路输出整流电路半波整流8.2.2开关电源的运用PWM控制器SG3525引脚阐明图8.34SG3525的内部构造①脚：误差放大器反相输入端；③脚：同步信号输入端，同步脉冲的频率应比振荡器频率fS要低一些；④脚：振荡器输出；⑤脚：振荡器外接定时电阻RT端，RT值为2kΩ～150kΩ；⑥脚：振荡器外接电容CT端，振荡器频率为fS＝1/CT(0.7RT+3R0);其中R0为⑤脚与⑦脚之间跨接的电阻，用来调理死区时间，定时电容范围为0.001μF～0.1μF；⑦脚：振荡器放电端，外接电阻来控制死区时间，电阻范围为0～500Ω；⑧脚：软起动端，外接软起动电容，该电容由内部Uref的50μA恒流源充电。⑨脚：误差放大器的输出端；⑩脚：PWM信号封锁端，该脚为高电平常，输出驱动脉冲信号被封锁,用于缺点维护；⑾脚：A路驱动信号输出；⑿脚：接地;⒀脚：输出级集电极电压；⒁脚：B路驱动信号输出；⒂脚：电源，其范围由于8V～35V；⒃脚：内部+5V基准电压输出。②脚：误差放大器同相输入端；8.2.2开关电源的运用(4)控制电路〔SG3525〕该开关电源采用双环控制方式，电压环为外环控制，电流环为内环控制。输出电压的反响信号UOF与电压给定信号UOG相减，其误差信号经PI调理器后构成输出电感的电流给定，再与电感电流的反响信号IOF相减得电流误差信号，经PI调理器后送入PWM控制器SG3525，然后与控制器内部三角波比较构成PWM信号。该PWM信号再经过驱动电路去驱动主电路IGBT。(5)IGBT驱动电路该驱动模块为混合集成电路，将IGBT的驱动和过流维护集于一体，能驱动电压为600V和1200V系列电流容量不大于400AIGBT。图8.35IGBT驱动电路8.2.2开关电源的运用第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结电网谐波电流不仅引起变压器和供电线路过热，降低电器的额定值，并且产生电磁干扰，影响其他电子设备正常运转。1、采用无源校正抑制谐波:2〕电网阻抗或频率发生变化时，滤波效果不能保证，动态特性差。3〕能够会与电网阻抗发生并联谐振，将谐波电流放大，从而导致系统无法正常任务。4〕LC滤波器体积庞大。特点：1〕方法简单可靠，并且在稳态条件下不产生电磁干扰。(在主电路中串入无源LC滤波器)8.3有源功率因数校正与无源校正抑制谐波的区别：能进一步抑制安装的低次谐波，提高安装的功率因数。与普通的开关电源的区别：〔1〕

PFC电路不仅反响输出电压，还反响输入平均电流；〔2〕PFC电路的电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号的乘积。1〕特点：2、有源功率因数校正电路〔PFC〕2〕任务原理：有源功率因数校正技术(ActitePowerFilterCorrection，简称APFC或PFC)就是在传统的整流电路中参与有源开关，经过控制有源开关的通断来强迫输入电流跟随输入电压的变化，从而获得接近正弦波的输入电流和接近1的功率因数。8.3有源功率因数校正图8.36Boost－PFC电路主电路由单相桥式整流电路和Boost变换电路组成，虚线框内为控制电路，包含电压误差放大器VA及基准电压Ur，乘法器，电流误差放大器CA，脉宽调制器和驱动电路。输出电压Uo和基准电压Ur比较后，误差信号经电压误差放大器VA以后送入乘法器M，与全波整流电压取样信号相乘以后构成基准电流信号。基准电流信号与电流反响信号相减，误差信号经电流误差放大器CA后再与锯齿波相比较构成PWM信号，然后经驱动电路控制主电路开关S的通断，使电流跟踪基准电流信号变化。PFC技术的任务原理8.3有源功率因数校正PFC集成控制电路UC3854及其运用图8.37UC3854内部构造框图UC3854包含电压放大器VA，模拟乘法/除法器M，电流放大器CA，固定频率PWM脉宽调制器，功率MOSFET的门极驱动电路，7.5V基准电压等。8.3有源功率因数校正图8.38输出功率为250W时由UC3854构成的PFC电路原理图控制芯片UC3854适用的功率范围比较宽，5KW以下的单相boost-PFC电路均可以采用该芯片作为控制器。输出功率不同时，只需改动主电路中的电感L1和电流检测电阻RS、控制电路中的电流控制环参数。输出电压Uo由下式确定：PFC集成控制电路UC3854及其运用8.3有源功率因数校正BoostPFC单相整流器的主电路1.主电路构造在实践运用中，BoostPFC单相整流器的主电路如以下图所示。——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正BoostPFC单相整流器的主电路1.主电路构造在以下图中，主电路包括直流侧平波电感LA〔又称Boost电感〕、单相不可控整流电路、IGBT回路、缓冲吸收回路、高频整流二极管、直流侧滤波电容、均压电阻、以及电网侧电压、电流检测电路和直流侧电压检测电路等几个部分。——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正在BoostPFC单相整流器的实践运用主电路中还有一个软起动电路部分，在图中没有画出〔是与直流侧电压欠压维护联锁控制的〕。BoostPFC单相整流器的主电路在单相220V电网中，QA〔IGBT器件〕选用600V耐压的新型NPT-IGBT器件；直流侧滤波电容C6和C7选用300VDC耐压的电解电容器；R6和R7是均压电阻，以坚持C6和C7上的电压平衡，同时作为BoostPFC单相整流器的固定负载，普通可以按R6和R7的总功耗为整流器额定功率的2～8‰选取；R3和C3是并联高频滤波回路，C3选取500V或600V耐压的无极性电容器；——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正R2和C2组成了IGBT的缓冲吸收回路，R1和C1组成了整流二极管DA的缓冲吸收回路，其中R1和R2采用无感功率电阻，C1和C2采用1200V的无感吸收电容，DA选用快恢复二极管。直流侧电压的给定值的选择要根据电网电压的允许动摇范围而定，例如——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正由于中间回路与电网之间存在着复杂的能量交换过程，普通在实践产品中选择10～30p.u.〔标么值〕作为中间回路支撑电容器的取值。实践上，在BoostPFC单相整流器中还必需设置一些必要的维护措施，以保证整流器的可靠运转。普通均设置有如下维护：——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正①电网电压的过压维护，采用带回差的维护；②电网电压的欠压维护〔回差维护〕；③交流输入电流的过流维护〔锁死维护〕；④交流输入电流的过载维护〔锁死维护〕；⑤直流侧电压的欠压维护〔回差维护〕，并且与整流器的软起动维护联锁去控制软起动电路；⑥直流侧电压的过压维护〔锁死维护〕；⑦IGBT模块的过温维护〔回差维护〕等。2.控制构造采用平均电流控制的构造框图如以下图所示。目前，商品化的BoostPFC单相整流器采用Unitrode公司消费的UC3854A/B集成控制芯片作为平均电流控制方案的中心器件。UC3854A/B集成控制芯片可以到达的最正确控制效果为：①电网输入电流的谐波畸变率控制在5%以下；②电网输入功率因数控制在0.95以上，最好可到达0.99。——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正BoostPFC单相整流器控制构造框图3.BoostPFC控制技术的特点①具有电路构造简单紧凑、交流输入电压范围宽、动态性能良好等等优点；②对单相电网输入电流的补偿效果好，但是严重依赖于电网电压的波形质量，也就是说对电网电压波形的顺应性差；③直流平波电感的设计应该以控制其温升为目的，以提高其运用寿命；——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正BoostPFC单相整流器的主电路④QA〔IGBT器件〕回路中应适当地串入一个限流电阻或饱和电感〔图4-5中的RQ或LQ〕，以降低IGBT器件的损坏率；⑤高频整流二极管DA采用快恢复二极管，以缩短反向恢复时间，减小器件的损耗；⑥直流侧滤波用电解电容器的容量太大，在实践产品中有的竟然采用30p.u.的取值，比三相PWM整流器的直流侧电解电容器取值〔≤4.0p.u.〕大得太多；⑦能量只能一方向流动，即只能从电网流向负载。——PFC控制电路运用和设计举例8.3有源功率因数校正BoostPFC单相整流器的主电路第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结——UninterrupitablePowerSystem,简称UPSUPS电源安装在保证不延续供电的同时，还能提供稳压、稳频和波形失真度极小的高质量正弦波电源。

目前，在计算机网络系统、邮电通讯、银行证劵、电力系统、工业控制、医疗、交通、航空等领域得到广泛运用。不延续电源：8.4不延续电源〔UPS〕UPS的分类1、后备式UPS根据任务方式，UPS电源分：图8.39后备式UPS的根本构造市电存在时，逆变器不任务，市电经交流稳压器稳压后，向负载供电，同时充电器任务，对蓄电池组浮充电。市电掉电时，逆变器任务，将蓄电池供应的直流电压变换成稳压、稳频的交流电压，继续向负载供电。输出电压波形有方波、准方波和正弦波三种方式。特点：构造简单、本钱低、运转效率高、价钱廉价，但其输出电压稳压精度差，市电掉电时，输出有转换时间。适于小功率。8.4不延续电源〔UPS〕2、线式UPS图8.40在线式UPS的根本构造正常任务时，市电经整流器变成直流后，再经逆变器变换成稳压、稳频的正弦波交流电压供应负载。当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不延续供电。假设逆变器发生缺点，UPS那么经过静态开关切换到旁路，直接由市电供电。当缺点消逝后，UPS又重新切换到由逆变器向负载供电。特点：总是处于稳压、稳频供电形状，输出电压动态呼应特性好，波形畸变小，其供电质量明显优于后备式UPS。UPS的分类8.4不延续电源〔UPS〕——UPS电源中的整流器1〕对于小功率UPS，整流器普通采用二极管整流电路，它的作用是向逆变器提供直流电源。蓄电池充电由专门的充电器来完成。2〕对于中大功率UPS，整流器普通采用相控式整流电路,它具有双重功能，在向逆变器提供直流电源的同时，还要向蓄电池进展充电，因此，整流器的输出电压必需是可控的。3〕减少UPS注入电网的谐波电流的方法：〔1〕添加整流电路的相数；〔2〕在整流器的输入侧添加有源或无源滤波器。4〕目前，比较先进的UPS采用PWM整流电路，可以做到注入电网的电流根本接近正弦波，使其功率因数接近1，大大降低了UPS对电网的谐波污染。概述：8.4不延续电源〔UPS〕任务原理——PWM整流电路图8.41单相PWM整流电路的原理框图在PWM整流电路的交流输入端AB产生一个正弦波调制PWM波uAB，uAB中除了含有与电源同频率的基波分量外，还含有与开关频率有关的高次谐波。由于电感Ls的滤波作用，这些高次谐波电压只会使交流电流is产生很小的脉动。假设忽略这种脉动，is为频率与电源频率一样的正弦波。在交流电源电压us一定时，is的幅值和相位由uAB中基波分量的幅值及其与us的相位差决议。改动uAB中基波分量的幅值和相位，就可以使is与us同相位，电路任务在整流形状，且功率因数为1。8.4不延续电源〔UPS〕直流输出电压给定信号Ud*和实践的直流电压Ud比较后送入PI调理器，PI调理器的输出即为整流器交流输入电流的幅值，它与规范正弦波相乘后构成交流输入电流的给定信号is*，is*与实践的交流输入电流is进展比较，误差信号经比例调理器放大后送入比较器，再与三角载波信号比较构成PWM信号。该PWM信号经驱动电路后去驱动主电路开关器件，便可使实践的交流输入电流跟踪指令值，从而到达控制输出电压的目的。图8.42直接电流控制系统构造图单相PWM整流电路采用直接电流控制时的控制系统构造简图——PWM整流电路8.4不延续电源〔UPS〕通常采用输出电压谐波系数HF来恒量UPS输出电压的波形质量的好坏。电压谐波系数定义为：

式中：U1为输出电压基波分量的有效值，Un为谐波分量的有效值。正弦波输出UPS通常采用SPWM逆变器。下面以单相输出UPS为例，分析逆变器的任务原理。HF越小，那么阐明UPS输出电压波形越接近理想的正弦波。——UPS电源中的逆变器8.4不延续电源〔UPS〕图8.43UPS逆变器及其控制原理框图主电路采用全桥逆变电路，对于小功率UPS，开关器件普通为MOSFET，而对于大功率UPS，那么采用IGBT。为滤去开关频率噪声，输出采用LC滤波电路，由于开关频率普通大于20kHz，因此，采用较小的LC滤波器。输出隔离变压器实现逆变器与负载隔离，防止它们之间电的直接联络，从而减少干扰。1、电路构造：——UPS电源中的逆变器8.4不延续电源〔UPS〕图8.43UPS逆变器及其控制原理框图市电us经同步锁相电路得到与市电同步的50Hz方波，将其输入规范正弦波发生器，便产生与市电同步的规范正弦波信号。该信号与输出有效值调理器的输出相乘后得到输出电压瞬时值给定信号u*，再与输出电压瞬时值反响信号uf相减，误差信号经P调理器后，再与三角载波信号相比较，得到PWM信号，该信号经驱动动电路后分别去驱动主电路的开关器件，从而到达控制输出电压的目的。2、任务原理：——UPS电源中的逆变器8.4不延续电源〔UPS〕为了进一步提高UPS电源的可靠性，在线式UPS均装有静态开关，将市电作为UPS的后备电源，在UPS发生缺点或维护检修时，无延续地将负载切换到市电上，由市电直接供电。图8.44单相输出UPS的静态开关原理图1〕同步切换：先通后断；2〕非同步切换：先断后通；1、任务原理：一只晶闸管用于经过正半周电流，另一只晶闸管那么用于经过负半周电流。2、电路构造：3、静态开关的切换方式：静态开关的主电路普通由两只晶闸管开关反并联组成，——UPS的静态开关8.4不延续电源〔UPS〕图8.44单相输出UPS的静态开关原理图切换时，首先触发静态开关2，使之导通，然后再封锁静态开关1的触发脉冲，因此，静态开关1和静态开关2同时导通，此时，市电和逆变器同时向负载供电。3、静态开关的切换方式：1〕同步切换：先通后断〔1〕能保证在切换的过程中供电不延续。〔2〕在切换的过程中，逆变器必需跟踪市电的频率、相位和幅值。防止产生环流，烧坏逆变器。任务原理：特点：——UPS的静态开关8.4不延续电源〔UPS〕图8.44单相输出UPS的静态开关原理图先封锁正在导通的静态开关触发脉冲，延迟一段时间，待导通的静态开关关断后，再触发另外一路静态开关。3、静态开关的切换方式：2〕非同步切换：先断后通会呵斥负载短时延续电。任务原理：特点：——UPS的静态开关8.4不延续电源〔UPS〕第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结8.5静止无功补偿安装根椐所采用的电力电子器件，静止无功补偿安装分为两大类型：1、采用晶闸管开关的静止无功补偿安装：1〕晶闸管控制电抗器〔ThyristorControlledReactor—TCR〕2〕晶闸管投切电容器〔ThyristorSwitchedCapacitor—TSC〕2、采用自换相变流器的静止无功补偿安装：也即〔静止无功发生器〔StaticVarGenerator—SVG〕或高级静止无功补偿安装〔AdTancedStaticVarCompensator—ASVC〕。1、组成：由电力电子器件与储能元件构成。2、特点：在于能快速调理容性和感性无功功率，实现动态补偿。3、运用：常用于防止电网中部分冲击性负荷引起的电压动摇干扰、重负荷忽然投切呵斥的无功功率剧烈变化。——〔StaticVarCompensator—SVC〕晶闸管控制电抗器(TCR)根本原理：图8.45TCR的根本原理图其单相根本构造是两个反并联的晶闸管与一个电抗器串联，这样的电路并联到电网上，就相当于电感负载的交流调压电路构造。其任务原理和不同触发角时的任务波形与交流调压电路完全一样。晶闸管投切电容器(TSC)任务原理：图8.46TSC单相机构及其控制系统原理图任务时，TSC与电网并联，当控制电路检测到电网需求无功补偿时，触发晶闸管静态开关并使之导通，这样，便将电容器接入电网，进展无功补偿；当电网不需求无功补偿时，关断晶闸管静态开关，从而切断电容器与电网的联接。因此，TSC实践上就是断续可调的吸收容性无功功率的动态无功补偿安装。TSC由两个反并联的晶闸管构成的静态开关与电容器串联组成。晶闸管投切电容器(TSC)1、TSC主电路普通将电容器分成几组，每组均可由晶闸管投切，如图8.4.3所示。电容器分组通常采用二进制方案，即采用n-1个电容值为C的电容和一个电容值为C/2的电容，这样的分组可以使组合成的电容值有2n级。图8.47TSC主电路2、零电压投入问题为使补偿电容器的投入与切除过程不引发主电路的涌流冲击，必需选择预备投入的电容器上的电压为电网线电压的正或负峰值且电压极性一样的时辰，切除时只需吊销触发信号即可，开关在电流过零之后会自行关断。图8.48晶闸管电压过零触发电路表示图晶闸管投切电容器(TSC)3、电容器投切判据与信号检测在图8.49中设节点相电压为：图8.49节点相电压与负载电流负载电流为：上式中，ip(t)和iq(t)分别为有功电流分量和无功电流分量。当ωt=2kπ时：可见，只需丈量在相电压正向过零时辰的负载电流，就可知对应的无功电流最大值IQM。这种无功电流检测方法简单、快速〔在一个周期内只需采样一次〕。〔1〕以无功电流为投切判据〔1〕以无功电流为投切判据晶闸管投切电容器(TSC)上式△C即为全补偿所需投切的电容量，△C为负值，那么是切除相应容量的电容器；反之，那么应投入相应容量的电容器。图8.50中，电压信号经滤波后由过零脉冲发生电路产生相电压，正向过零脉冲信号，作为采样坚持器的采样开关信号，于是采样坚持器的输出就是无功电流幅值。图8.49中，iL=ic+is，假设使iq=ic，那么实现了完全补偿。图8.50无功电流为投切判据的检测电路原理图由和可得〔2〕以无功功率为投切判据晶闸管投切电容器(TSC)可让单片机经过Ａ/Ｄ转换同时对和信号在一个周期内进展Ｎ次采样，得到2Ｎ个数据，由此进展下述离散运算得到UBC、IA和PBC：对于对称三相补偿，只需取恣意两相电压〔线电压〕和另一相电流，就可测得无功功率。图8.51检测A相电流和BC相线电压向量图由于PBC=UBCIAsinΦ，那么功率因数为:4、控制器原理框图晶闸管投切电容器(TSC)图8.52TSC控制器原理框图TSC的控制器主要由单片机、键盘接口电路、液晶显示接口电路、数据存储器、同步电压检测、电压电流和频率检测，还有触发电路等部分组成。该控制器硬件的原理方框图如图8.52所示。静止无功发生器(SVG)任务原理图8.53SVG根本电路构造适当调理桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，实现动态无功补偿的目的。图8.53给出了采用自换相电压型桥式的SVG根本电路构造。静止无功发生器(SVG)任务原理图8.54SVG等效电路及其任务原理经过同步电路控制，使与同频同相，然后改动的幅值大小即可以控制SVG从电网吸收的电流是超前还是滞后90°，并且还能控制该电流的大小。仅思索基波频率时SVG任务原理可以用图8.54〔a〕所示的单相等效电路来阐明。当大于时，电流超前电压90°，SVG吸收容性无功功率；当小于时，电流滞后电压90°，SVG吸收感性无功功率。第8章电力电子安装概述8.1组合变流电路8.2开关电源8.3有源功率因数校正8.4不延续电源〔UPS〕8.5静止无功补偿安装8.6变频调速安装本章小结8.6变频调速安装假设均匀地改动定子频率，那么可以平滑地改动电机的转速。

由交流电机的转速公式：可以看出：因此，在各种异步电机调速系统中，变频调速的性能最好，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，同时效率高，是交流调速的主要开展方向。8.6变频调速安装〔1〕基频以下的变频调速〔2〕基频以上的变频调速〔3〕转差频率控制〔5〕控制直接转矩〔4〕矢量控制——变频调速的根本控制方式〔1〕基频以下的变频调速三相异步电动机的每相电动势为：

式中：——定子每相感应电动势的有效值；——定子电源频率；——定子每相绕组串联匝数；——基波绕组系数；——每极气隙磁通量。在调速的过程中，随着输入电源的频率降低，必需相应地改动定子电压U，以保证气隙磁通不超越设计值。假设使=常数，那么在调速过程中可维持近似不变，这就是恒压频比控制方式。〔8.6.1〕ω当U不变时，随着电源输入频率的降低，将会相应添加。8.6变频调速安装8.6变频调速安装〔2〕基频以上的变频调速当电压U一定时，电机的气隙磁通随着频率f的升高成比例下降，类似直流电机的弱磁调速，因此，基频以上的调速属恒功率调速。电源频率从基频向上提高，可使电机的转速添加。由于电机的电压不能超越其额定电压，因此在基频以上调频时，U只能坚持在额定值。根据式(8.6.1)：——变频调速安装的分类〔1〕间接变频调速安装图8.55间接变频安装的三种机构方式间接变频调速安装即交不断一交变频安装，首先将工频交流电源经过整流器变换成直流，然后再经过逆变器将直流变换成电压和频率可变的交流电源。按照电路构造和控制方式的不同，间接变频安装又可以分为三种，如图8.55〔a〕、〔b〕、