第7章 电力电子装置.ppt

1、第七章电力电子设备、7.1开关电源7.3不间断电源(UPS)、开关电源工作原理、7.1.1、指向电压曹征功能的设备总是作为线性放大区域的直流电源供应设备工作。电源供应设备：通常分为线性电源供应设备和交换机电源供应设备。开关电源是直流电压调节电源供应设备，表示与电压曹征的功能的部件始终作为开关工作。1，线性调节器电源供应设备：2，开关调节器电源供应设备：7.1.1，1，线性调节器电源供应设备：优点：优良的模式溢出动态响应特性；缺点：(1)输入用50Hz工频变压器，体积大。(2)电压曹征设备在线性放大区域工作，损失大，效率低。(3)过载能力下降。图7.1.1线性电压调节器电源盒，开关电源工作原理，

2、7.1.1，2，开关电源：50Hz单相交流220V电压或三相交流220V/380V电压通过EMI电磁干扰电源滤波器直接整流滤波器，然后进行电路采样、比较、放大和控制、驱动、变换器的电源开关管占空比，图7.1.2开关电源原理框，工作原理：开关电源工作原理，7.1.1，图7.1.2开关电源原理框，开关管占空比定义：d=ton/ts；其中Ts是开关管的开关周期，Ton是一个周期中的传导通用时间。改变占空比控制的两种茄子方法：1)脉宽调制控制(PWM)、开关电源工作原理、2、开关电源：2)脉冲频率调制控制(PFM)、7.1.1、图7.1、占空比D越大，通过过滤器的输出电压越高。通过更改交换机频率(即交

3、换机周期)，保持传导时间Ton不变，以实现占空比更改的目的。工作频率不固定，滤波器设计困难。开关电源工作原理，2)脉冲频率控制：7.1.1，开关电源优势：(1)功耗低，效率高。(2)小大小，重量轻。(3)宽调节器范围。(4)电路格式灵活多样。开关电源缺点：主要有开关噪声干扰。开关电源工作原理，7.1.2，开关电源应用，1，开关电源应用，图7.1.4直流工作电源电路原理图，主电路半桥转换电路，额定输出直流电压220V，输出电流10A。7.1.2，2，介绍每个功能块的具体电路：(1) AC线路过滤器，图7.1.5 AC线路EMI过滤器，牙齿过滤器抑制共同模式和差分模式干扰信号。电路结构：由Cc1、

4、Lc和Cc2组成的低通滤波器用于抑制共模干扰信号。其中，LC称为共模电感(Lc是共模)，其中两组线圈匝数相同，相反，差模信号的阻抗0对共模信号起着很大的阻抗作用。由Cd1、Ld和Cd2组成的低通滤波器用于抑制差分干涉信号。开关电源应用节目，作用：防止开关电源生成噪声进入电网，或防止电网噪声进入开关电源内部，妨碍开关电源运行。7.1.2，(2)启动浪涌电流抑制电路，低功耗电源供应设备：在整流桥直流侧和过滤电容之间具有负温度系数的热敏电阻连接。高输出电路：可以在通用电阻、电阻的两端安装晶闸管交换机，而不是上述热敏电阻。(3)输出整流电路，低功耗电源供应设备通常是半波整流电路，大功率电源供应设备是电

5、波或桥式整流电路。、开关电源应用、浪涌电流抑制电路启动、电流限制电阻、浪涌电流抑制电路启动、输出整流电路、半波整流、7.1.2、PWM控制器SG3525针说明、开关电源应用、图7.1.6 SG3525的内部结构脚：错误放大器相同相位输入；脚：动机信号输入部，动机脉冲频率必须低于振荡器频率fS。脚：振荡器输出；脚：振荡器外部计时电阻RT端，RT值2k150k；脚：振荡器外部电容CT端，振荡器频率为fS 1/CT(0.7RT 3R0)。其中R0用于调整脚和脚之间跳接的电阻、死区时间，计时电容范围为0.001F0.1F是。脚：振荡器放电结束，外部电阻控制死区时间，电阻范围为0500。脚：软起动，外部

6、软起动电容，充电到内部Uref的50A恒流源。脚：错误放大器输出；脚：PWM信号阻断端，牙齿脚高平日时输出驱动脉冲信号被阻断，用于故障保护。脚：公路驱动信号输出；脚：接地脚：输出级收集器电压；脚：b公路驱动信号输出；脚：8V35V引起的电源供应装置；脚：内部5V基准电压输出。7.1.2，(4)控制电路(SG3525)，使用双环控制方法的开关电源，电压环是外环控制，电流环是内环控制。输出电压的反馈信号UOF在电压指定信号UOG中相减，错误信号通过PI调节器形成输出电感电流，电感电流的反馈信号IOF中相减的电流错误信号。通过PI调节器传递到PWM控制器SG3525，然后与控制器内部三角波进行比较以

7、形成PWM信号。牙齿PWM信号通过电路驱动主电路IGBT。(5)集成IGBT驱动电路、混合集成电路、IGBT驱动和过流保护，驱动电压600V和1200V系列电流容量低于400AIGBT。图7.1.7 IGBT驱动电路、开关电源应用、7.3、不间断电源、可互换性电源系统(UPS)、UPS电源设备除了没有中断的供电保修外，还提供电压调节、稳定频率和波形失真。目前广泛应用于计算机网络系统、邮政通信、银行证券、电力系统、工业控制、医疗、交通、航空等领域。不间断电源：7.3.1，UPS分类，1，冗馀UPS，基于工作原理的UPS电源点：图7.3.1冗馀UPS的基本结构，存在施展时逆变器无法工作如果断电，逆

8、变器将工作，将蓄电池馈电直流电压转换为电压调节，稳定频率AC电压，继续负载供电。输出电压波形有方波、准方波和正弦波。特点：结构简单，成本低，运行效率高，价钱价格低，输出电压调节精度低，施展电源关闭，输出有切换时间。适合小功率。7.3.1，2，线性UPS，图7.3.2在线UPS的基本结构，正常运行时，施展整流器切换到直流后，逆变器切换到电压调节，稳定正弦波交流电压供应负载。施展断电时，蓄电池组用逆变器保证供电负载的无中断供电。在逆变器发生故障时，UPS通过静态开关切换到旁路，直接施展供电。故障消失后，UPS将从逆变器供电到负载。特性：总是电压调节、稳频供电状态、输出电压动态响应特性、波形畸变、供

9、电质量远远优于备用UPS。UPS分类，7.3.2，UPS电源供应设备中的整流器，1)低功耗UPS中，整流器通常使用二极管整流器，为逆变器提供直流电源。蓄电池充电由专用充电器完成。2)对于中、大功率UPS，整流器通常采用相位控制整流电路，具有双功能，在给逆变器提供直流电源的同时，还可以为蓄电池充电，因此必须能够控制整流器的输出电压。，3)减少UPS注入电网的谐波电流的方法：(1)增加整流电路数的方法；(2)在整流器的输入侧添加有源或被动滤波器。4)目前比较先进的UPS采用PWM整流电路(PWM整流)，注入电网的电流基本接近正弦波，功率因数接近1，可以大大减少UPS对电网的谐波污染。概述：7.3.

10、2，工作原理，PWM整流电路，图7.3.3单相PWM整流电路块图表电感Ls的滤波作用导致这些谐波电压只有交流电流is才能引起小脉动。如果省略牙齿脉冲，则is是与电源频率相同频率的正弦波。如果交流电源电压us保持不变，则is的大小和相位由uAB的基本组件大小和与us的相位差决定。在UAB中更改基本组件的大小和相位将使is与us处于相同的相位，电路操作处于整流状态，功率因数为1。7.2、直流输出电压将给定信号Ud*与实际直流电压Ud进行比较，然后发送到PI调节器。PI调节器的输出是整流器交流输入电流的大小。乘以标准正弦波后，形成交流输入电流的指定信号is*、is*与实际交流输入电流is进行比较，误

11、差信号通过比例调节器放大，然后发送到比较器。牙齿PWM信号可以通过在驱动电路后驱动主电路开关设备，激活实际交流输入电流跟踪命令值来控制输出电压。图7.3.4直接电流控制系统结构图表、7.3.2、PWM整流电路、使用单相PWM整流电路直接电流控制时的控制系统结构图表、7.3.3、UPS电源供应设备中的逆变器，通常使用输出电压谐波系数HF保持UPS输出电压不变。电压谐波系数定义如下：格式中：U1是输出电压基准元件的有效值，Un是谐波元件的有效值。正弦波输出UPS通常是SPWM逆变器。以下以单相输出UPS为例，分析了逆变器的工作原理。HF越小，UPS输出电压波形越接近理想正弦波。7.3.3，图7.3

12、.5 UPS逆变器和控制原理框，主电路全桥逆变电路，低功耗UPS的开关设备通常为MOSFET，高功率UPS的开关设备通常为IGBT。为了消除开关频率噪音，输出使用LC过滤器电路(LC过滤器)。通常使用较小的LC过滤器，因为开关频率比20kHz大小。输出隔离变压器实现了逆变器和负载隔离，防止了它们之间的直接传记连接，从而减少了干扰。UPS电源供应设备的逆变器，1，电路结构：7.3.3，图7.3.5 UPS逆变器和控制原理框，施展us动机相位固定电路，施展同步的50Hz方波，标准正弦波发生器中的输入，施展同步此信号与输出有效值调节器的输出相乘输出电压瞬时值给定信号u获取PWM信号。牙齿信号在驱动电路后分别驱动主电路开关，达到控制输出电压的目的。UPS电源供应设备的反相器，2，工作原理：7.3.4，UPS的静态开关，为了进一步提高UPS电源供应设备的可靠性，联机UPS配备了静态开关。使用分时作为UPS的备份电源，在UPS故障或维护期间执行无中断负载。图7.3.6单相输出UPS的静态开关原理图，1)同步切换：通过线后中断2)异步切换：第一次中断后通过；1，工作原理：一个晶闸管通过静伴奏电流，另一个晶闸管用于通过负伴奏电流。，2，电路结构：3，静态交换机切换方法：静态交换机的主电路通常与两个晶闸管交换机相反的并行，7.3.4，UPS的静态交换机