1、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用第第1010章電力電子技術(shù)的應(yīng)用章電力電子技術(shù)的應(yīng)用 10.1 10.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10.2 10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.3 10.3 不間斷電源不間斷電源 10.4 10.4 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源 10.5 10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.6 10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 10.7 10.7 電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用電力電子技術(shù)的其他應(yīng)用 本章小結(jié)本章小結(jié) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技

2、術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器 10.2.2 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)引言引言直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn) 受使用環(huán)境條件制約。受使用環(huán)境條件制約。 需要定期維護(hù)。需要定期維護(hù)。 最高速度和容量受限制。最高速度和容量受限制。交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 克服了直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)?？朔酥绷髡{(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

3、簡(jiǎn)單，可靠性高。交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。 節(jié)能。節(jié)能。 高精度，快速響應(yīng)。高精度，快速響應(yīng)。交流電機(jī)的控制技術(shù)較為復(fù)雜，對(duì)所需的電力電子變換交流電機(jī)的控制技術(shù)較為復(fù)雜，對(duì)所需的電力電子變換器要求也較高，所以直到近二十年時(shí)間，隨著電力電子技器要求也較高，所以直到近二十年時(shí)間，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)才得到迅速的發(fā)展，術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)才得到迅速的發(fā)展，其應(yīng)用已在逐步取代傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)系統(tǒng)。其應(yīng)用已在逐步取代傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)系統(tǒng)。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器交直交變頻器（交

4、直交變頻器（Variable Voltage Variable Frequency，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱VVVF電源電源 ）是）是由由AC/DC、DC/AC兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。 再生反饋電力的能力再生反饋電力的能力 當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要頻繁、快速制動(dòng)時(shí)，通常要求具有當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要頻繁、快速制動(dòng)時(shí)，通常要求具有再生反饋電力的能再生反饋電力的能力力。 圖圖10-7所示的電壓型交直交變頻電所示的電壓型交直交變頻電路不能再生反饋電力。路

5、不能再生反饋電力。 其整流部分采用的是不可控整流，其整流部分采用的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電功率，而不能由直流電路向電源反饋電力。力。 逆變電路的能量是可以雙向流動(dòng)逆變電路的能量是可以雙向流動(dòng)的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為容電壓升高，稱為泵升電壓泵升電壓，泵升電壓，泵升電壓過(guò)高會(huì)危及整個(gè)電路的安全。過(guò)高會(huì)危及整個(gè)電路的

6、安全。 圖圖10-7 不能再生反饋的電不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路壓型間接交流變流電路 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-8 帶有泵升電壓限制電路帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-9 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路饋的電壓型間接交流變流電路 圖圖10-10 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控控制的電壓型間接交流變流電路制的電壓型間接交流變流電路 使電路具備再生反饋電力能力的方法使電路具備再生反饋電力能力的方法

7、 圖圖10-8的電路中加入一個(gè)由電力晶體管的電路中加入一個(gè)由電力晶體管V0和能耗電阻和能耗電阻R0組成的組成的泵升電壓限制電路泵升電壓限制電路，當(dāng)泵，當(dāng)泵升電壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，使升電壓超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在反饋的能量消耗在R0上，這種電路可運(yùn)用于對(duì)上，這種電路可運(yùn)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。 圖圖10-9所示的電路增加了一套所示的電路增加了一套變流電路變流電路，使其工作于有源逆變狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的再使其工作于有源逆變狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，中間直流電壓極生制動(dòng)；當(dāng)負(fù)載回饋

8、能量時(shí)，中間直流電壓極性不變，而電流反向，通過(guò)控制變流器將電能性不變，而電流反向，通過(guò)控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。反饋回電網(wǎng)。 圖圖10-10是整流電路和逆變電路都采用是整流電路和逆變電路都采用PWM控制的間接交流變流電路，可簡(jiǎn)稱控制的間接交流變流電路，可簡(jiǎn)稱雙雙PWM電路電路，該電路輸入輸出電流均為正弦波，該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，但由于整流、逆變部分均為輸入功率因數(shù)高，但由于整流、逆變部分均為PWM控制且需要采用全控型器件，控制較復(fù)控制且需要采用全控型器件，控制較復(fù)雜，成本也較高。雜，成本也較高。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)

9、用10.2.1 交直交變頻器交直交變頻器圖圖10-11 采用可控整流的電流型間接交流變流電路采用可控整流的電流型間接交流變流電路 圖圖10-12 電流型交電流型交直直交交PWM變頻電路變頻電路 圖圖10-13 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電控制的電流型間接交流變流電路路 圖圖10-11給出了可以再生反饋電力的給出了可以再生反饋電力的電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，中間直流電路的電流極性不能改動(dòng)時(shí)，中間直流電路的電流極性不能改變，要實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，只需調(diào)節(jié)可控整變，要實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，只需調(diào)節(jié)可控整流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反

10、極流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極性即可。性即可。圖圖10-12給出了實(shí)現(xiàn)基于上述原理的給出了實(shí)現(xiàn)基于上述原理的電路圖，為適用于電路圖，為適用于較大容量的場(chǎng)合較大容量的場(chǎng)合，將，將主電路中的器件換為主電路中的器件換為GTO，逆變電路，逆變電路輸出端的電容輸出端的電容C是為吸收是為吸收GTO關(guān)斷時(shí)產(chǎn)關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓而設(shè)置的，它也可以對(duì)輸出生的過(guò)電壓而設(shè)置的，它也可以對(duì)輸出的的PWM電流波形起濾波作用。電流波形起濾波作用。 電流型間接交流變流電路也可采用雙電流型間接交流變流電路也可采用雙PWM電路，為了吸收換流時(shí)的過(guò)電壓，電路，為了吸收換流時(shí)的過(guò)電壓，在交流電源側(cè)和交流負(fù)載側(cè)都設(shè)置了電在交流電

11、源側(cè)和交流負(fù)載側(cè)都設(shè)置了電容器；同時(shí)通過(guò)對(duì)整流電路的容器；同時(shí)通過(guò)對(duì)整流電路的PWM控控制可使輸入電流為正弦波，并使輸入功制可使輸入電流為正弦波，并使輸入功率因數(shù)為率因數(shù)為1。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2.2 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率控制方式籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率控制方式 恒壓頻比控制恒壓頻比控制 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要由電源頻率和極對(duì)數(shù)決定，改變電源（定子）異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要由電源頻率和極對(duì)數(shù)決定，改變電源（定子）頻率可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)為了不使電動(dòng)機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造頻率

12、可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)為了不使電動(dòng)機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵(lì)磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對(duì)變頻器的電壓和頻率的成勵(lì)磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對(duì)變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持比率進(jìn)行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額氣隙磁通為額定值定值。 圖圖10-14 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 圖圖10-14給出了一個(gè)實(shí)例，給出了一個(gè)實(shí)例，轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速度的頻轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速度的頻率率f指令值，同時(shí)經(jīng)過(guò)適當(dāng)分壓，也指令值，同時(shí)經(jīng)過(guò)適當(dāng)分壓，也被作為定

13、子電壓被作為定子電壓V1的指令值，該的指令值，該f指指令值和令值和V1指令值之比就決定了指令值之比就決定了V/f比比值值，由于頻率和電壓由同一給定值，由于頻率和電壓由同一給定值控制，因此可以保證壓頻比為恒定；控制，因此可以保證壓頻比為恒定；電機(jī)的轉(zhuǎn)向由變頻器輸出電壓的相電機(jī)的轉(zhuǎn)向由變頻器輸出電壓的相序決定，不需要由頻率和電壓給定序決定，不需要由頻率和電壓給定信號(hào)反映極性。信號(hào)反映極性。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.2.2 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制 為轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制方式，可提高調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性

14、能。為轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制方式，可提高調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型可以證明，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩近似與從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型可以證明，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率轉(zhuǎn)差角頻率 s成正比，因此，控制成正比，因此，控制 s就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率差頻率控制，使定子頻率 1= r+ s ，則，則 1隨實(shí)際轉(zhuǎn)速隨實(shí)際轉(zhuǎn)速 r增加或減小，得增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能。到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能。 這種方法是基于這種方法是基于電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的

15、，仍然不能得到理想的動(dòng)態(tài)性能。的，仍然不能得到理想的動(dòng)態(tài)性能。矢量控制矢量控制 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是高階高階、非線性非線性、強(qiáng)耦合強(qiáng)耦合的的多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)。 矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，將定子電，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分流分解為勵(lì)磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨(dú)立地對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。別獨(dú)立地對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。 該方式需要

16、該方式需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和磁鏈的解耦實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和磁鏈的解耦，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于電機(jī)的動(dòng)態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用砰砰砰控制砰控制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且控制相對(duì)要簡(jiǎn)單許多?？刂葡鄬?duì)要簡(jiǎn)單許多。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源 10.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 10.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)

17、關(guān)電源的控制方式 10.4.3 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源引言引言在各種電子設(shè)備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要在各種電子設(shè)備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要5V、3.3V、2.5V等，模擬電路需要等，模擬電路需要12V、15V等，這就需要專門設(shè)計(jì)電源裝置來(lái)提供等，這就需要專門設(shè)計(jì)電源裝置來(lái)提供這些電壓，通常要求電源裝置能達(dá)到一定的穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大這些電壓，通常要求電源裝置能達(dá)到一定的穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大的電流。的電流。 線性電源和開(kāi)關(guān)電源線性電源和開(kāi)關(guān)電源

18、 圖圖10-20所示為所示為線性電源線性電源，先用工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過(guò)整流濾波后，先用工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過(guò)整流濾波后，由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。 圖圖10-21所示為所示為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓器降壓、再整流濾波。然后由高頻變壓器降壓、再整流濾波。 開(kāi)關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基開(kāi)關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基本取代了線型電源，成為電子設(shè)備供電的主要電源形式。本取代了線型電源，成為電子設(shè)備供電的主要

19、電源形式。 圖圖10-20 線性電源的基本電路結(jié)構(gòu)線性電源的基本電路結(jié)構(gòu) 圖圖10-21 半橋型開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)半橋型開(kāi)關(guān)電源電路結(jié)構(gòu) 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖10-22 開(kāi)關(guān)電源的能量變換過(guò)程開(kāi)關(guān)電源的能量變換過(guò)程交流輸入的開(kāi)關(guān)電源交流輸入的開(kāi)關(guān)電源 交流輸入、直流輸出的開(kāi)關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。交流輸入、直流輸出的開(kāi)關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正

20、大電容濾波，較為先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction - PFC)電路。電路。 高頻逆變變壓器高頻整流電路高頻逆變變壓器高頻整流電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。 高性能開(kāi)關(guān)電源中普遍采用了高性能開(kāi)關(guān)電源中普遍采用了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。 可以采用給高頻變壓器設(shè)計(jì)可以采用給高頻變壓器設(shè)計(jì)多個(gè)二次側(cè)繞組多個(gè)二次側(cè)繞組的方法來(lái)實(shí)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)不同電壓的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是相互隔現(xiàn)不同電壓的多組輸出，而且這些不同的輸出之間是相互隔離的，但是僅能

21、選擇離的，但是僅能選擇1路作為輸出電壓反饋，因此也就只有路作為輸出電壓反饋，因此也就只有這這1路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低，路的電壓的穩(wěn)壓精度較高，其它路的穩(wěn)壓精度都較低，而且其中而且其中1路的負(fù)載變化時(shí)，其它路的電壓也會(huì)跟著變化。路的負(fù)載變化時(shí)，其它路的電壓也會(huì)跟著變化。 圖圖10-23 多路輸多路輸出的整流電路出的整流電路 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)直流輸入的開(kāi)關(guān)電源直流輸入的開(kāi)關(guān)電源 也稱為也稱為直流直流變換器直流直流變換器(DC-DC Converter)，分為，分為隔離型隔離型

22、和和非隔離型非隔離型，隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用隔離型多采用反激、正激、半橋等隔離型電路，而非隔離型采用Buck、Boost、Buck-Boost等電路。等電路。 負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器(POL-Point Of the Load regulator) 僅僅為僅僅為1個(gè)專門的元件（通常是一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流個(gè)專門的元件（通常是一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流直流變換器。直流變換器。 計(jì)算機(jī)主板上給計(jì)算機(jī)主板上給CPU和存儲(chǔ)器供電的電源都是典型的和存儲(chǔ)器供電的電源都是典型的POL。 非隔離的直流直流變換器、尤其是非隔離的直流直流變換器、尤其是POL

23、的輸出電壓往往較低，為了提的輸出電壓往往較低，為了提高效率，經(jīng)常采用高效率，經(jīng)常采用同步同步Buck (Sync Buck)電路電路，該電路的結(jié)構(gòu)為，該電路的結(jié)構(gòu)為Buck，但二極，但二極管也采用管也采用MOSFET，利用其低導(dǎo)通電阻的特點(diǎn)來(lái)降低電路中的通態(tài)損耗，其，利用其低導(dǎo)通電阻的特點(diǎn)來(lái)降低電路中的通態(tài)損耗，其原理類似同步整流電路。原理類似同步整流電路。圖圖10-24 a)同步降壓電路同步降壓電路 圖圖10-24 b)同步升壓電路同步升壓電路 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.1 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)圖圖10-25 通信電源系統(tǒng)通信

24、電源系統(tǒng) 分布式電源系統(tǒng)分布式電源系統(tǒng) 在通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等復(fù)在通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等復(fù)雜的電子裝置中，供電的路數(shù)太多，雜的電子裝置中，供電的路數(shù)太多，總功率太大，難以用一個(gè)開(kāi)關(guān)電源完總功率太大，難以用一個(gè)開(kāi)關(guān)電源完成，因此出現(xiàn)了成，因此出現(xiàn)了分布式的電源系統(tǒng)分布式的電源系統(tǒng)。 如圖如圖10-25，一次電源完成交流，一次電源完成交流直流的隔離變換，其輸出連接到直流直流的隔離變換，其輸出連接到直流母線上，直流母線連接到交換機(jī)中每母線上，直流母線連接到交換機(jī)中每塊電路板，電路板上都有自己的塊電路板，電路板上都有自己的DC-DC變換器，將變換器，將48V轉(zhuǎn)換為電路所需的轉(zhuǎn)換為電路所需的各種電

25、壓；大容量的蓄電池組保證停各種電壓；大容量的蓄電池組保證停電的時(shí)候交換機(jī)還能正常工作電的時(shí)候交換機(jī)還能正常工作 。 一次電源采用多個(gè)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)一次電源采用多個(gè)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)的方案，每個(gè)開(kāi)關(guān)電源僅僅承擔(dān)一部的方案，每個(gè)開(kāi)關(guān)電源僅僅承擔(dān)一部分功率，并聯(lián)運(yùn)行的每個(gè)開(kāi)關(guān)電源有分功率，并聯(lián)運(yùn)行的每個(gè)開(kāi)關(guān)電源有時(shí)也被成稱為時(shí)也被成稱為“模塊模塊”，當(dāng)其中個(gè)別，當(dāng)其中個(gè)別模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運(yùn)模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運(yùn)行，這被稱為行，這被稱為“冗余冗余”。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式圖圖10-2

26、6 開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的控制系統(tǒng) 圖圖10-27 電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 典型的開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖典型的開(kāi)關(guān)電源控制系統(tǒng)如圖10-26 所示，采用所示，采用反饋控制反饋控制，控，控制器根據(jù)誤差制器根據(jù)誤差e來(lái)調(diào)整控制量來(lái)調(diào)整控制量vc。 電壓模式控制電壓模式控制 圖圖10-26 所示即為電壓模式所示即為電壓模式控制，僅有一個(gè)輸出控制，僅有一個(gè)輸出電壓反饋控電壓反饋控制環(huán)制環(huán)。 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有一其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是不能有效的控制個(gè)顯著的缺點(diǎn)是不能有效的控制電路中的電流。電路中的電流。電流模式控制電流模式控制 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了在電壓反饋

27、環(huán)內(nèi)增加了電流電流反饋控制環(huán)反饋控制環(huán)，電壓控制器的輸出，電壓控制器的輸出信號(hào)作為電流環(huán)的參考信號(hào)，給信號(hào)作為電流環(huán)的參考信號(hào)，給這一信號(hào)設(shè)置限幅，就可以限值這一信號(hào)設(shè)置限幅，就可以限值電路中的最大電流，達(dá)到短路和電路中的最大電流，達(dá)到短路和過(guò)載保護(hù)的目的，還可以實(shí)現(xiàn)恒過(guò)載保護(hù)的目的，還可以實(shí)現(xiàn)恒流控制。流控制。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式圖圖10-28 峰值電流模式控制的原理峰值電流模式控制的原理 峰值電流模式控制峰值電流模式控制 峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖峰值電流模式控制系統(tǒng)中

28、電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖10-28a所示，主要的波形所示，主要的波形如圖如圖10-28b所示。所示。 基本的原理：開(kāi)關(guān)的開(kāi)通由基本的原理：開(kāi)關(guān)的開(kāi)通由時(shí)鐘時(shí)鐘CLK信號(hào)信號(hào)控制，控制，CLK信號(hào)每隔一定的時(shí)間信號(hào)每隔一定的時(shí)間就使就使RS觸發(fā)器觸發(fā)器置位，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)開(kāi)通后置位，使開(kāi)關(guān)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)開(kāi)通后iL上升，當(dāng)上升，當(dāng)iL達(dá)到電流給定值達(dá)到電流給定值iR后，比較器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位后，比較器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位RS觸發(fā)器，使開(kāi)關(guān)關(guān)斷。觸發(fā)器，使開(kāi)關(guān)關(guān)斷。 a)b)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.2 開(kāi)關(guān)電源的控制方式開(kāi)關(guān)電源的控制方式圖圖

29、10-29 平均電流模式控制的原理平均電流模式控制的原理 a)b) 峰值電流模式控制的不足：該方法控峰值電流模式控制的不足：該方法控制電感電流的峰值，而不是電感電流的制電感電流的峰值，而不是電感電流的平均值，且二者之間的差值隨著平均值，且二者之間的差值隨著M1和和M2的不同而改變，這對(duì)很多需要精確控的不同而改變，這對(duì)很多需要精確控制電感電流平均值的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不制電感電流平均值的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不能允許的；峰值電流模式控制電路中將能允許的；峰值電流模式控制電路中將電感電流直接與電流給定信號(hào)相比較，電感電流直接與電流給定信號(hào)相比較，但電感電流中通常含有一些開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)但電感電流中通常含有一些開(kāi)關(guān)過(guò)

30、程產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，容易生的噪聲信號(hào)，容易造成比較器的誤動(dòng)造成比較器的誤動(dòng)作作，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動(dòng)。，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動(dòng)。平均電流模式控制平均電流模式控制 平均電流模式控制采用平均電流模式控制采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器作為作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量uc與鋸齒波信號(hào)與鋸齒波信號(hào)uS相比較，得到周期固相比較，得到周期固定、占空比變化的定、占空比變化的PWM信號(hào)，用以控信號(hào)，用以控制開(kāi)關(guān)的通與斷。制開(kāi)關(guān)的通與斷。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.4.3 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源廣泛用于各

31、種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，如開(kāi)關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)的電源，電視機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)的電源，電視機(jī)、DVD播放機(jī)播放機(jī)的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些電源功率通常僅有幾十等，這些電源功率通常僅有幾十W幾百幾百W；手機(jī)等移動(dòng)；手機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備的充電器也是開(kāi)關(guān)電源，但功率僅有幾電子設(shè)備的充電器也是開(kāi)關(guān)電源，但功率僅有幾W；通信；通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等大型設(shè)備的電源也是開(kāi)關(guān)電源，但交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等大型設(shè)備的電源也是開(kāi)關(guān)電源，但功率較大，可達(dá)數(shù)功率較大，可達(dá)

32、數(shù)kW數(shù)百數(shù)百kW；工業(yè)上也大量應(yīng)用開(kāi)關(guān)；工業(yè)上也大量應(yīng)用開(kāi)關(guān)電源，如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化流水線中，采用各種規(guī)格的開(kāi)電源，如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化流水線中，采用各種規(guī)格的開(kāi)關(guān)電源為其控制電路供電。關(guān)電源為其控制電路供電。 開(kāi)關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電開(kāi)關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、電解等電化學(xué)過(guò)程等，功率可達(dá)幾十幾百解等電化學(xué)過(guò)程等，功率可達(dá)幾十幾百kW；在；在X光機(jī)、光機(jī)、微波發(fā)射機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流微波發(fā)射機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備中，大量使用的是高壓、小電流輸出的開(kāi)關(guān)電源。輸出的開(kāi)關(guān)電源。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力

33、電子技術(shù)的應(yīng)用10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù) 10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理 10.5.2 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5 功率因數(shù)校正技術(shù)功率因數(shù)校正技術(shù)引言引言以開(kāi)關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來(lái)一些負(fù)面的問(wèn)以開(kāi)關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置帶來(lái)一些負(fù)面的問(wèn)題：輸入電流不是正弦波，就涉及到題：輸入電流不是正弦波，就涉及到諧波諧波和和功率因數(shù)功率因數(shù)的問(wèn)的問(wèn)題。題。功率因數(shù)校正功率因數(shù)校正PFC (Power Factor Correction)技術(shù)即

34、對(duì)技術(shù)即對(duì)電流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的電流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分成技術(shù)，分成無(wú)源功率因數(shù)校正無(wú)源功率因數(shù)校正和和有源功率因數(shù)校正有源功率因數(shù)校正兩種。兩種。 無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)通過(guò)在二極管整流電路中增加電無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)通過(guò)在二極管整流電路中增加電感、電容等無(wú)源元件和二極管元件，對(duì)電路中的電流脈沖感、電容等無(wú)源元件和二極管元件，對(duì)電路中的電流脈沖進(jìn)行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。進(jìn)行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路對(duì)輸

35、入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同相路對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同相的正弦波。的正弦波。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 單相功率因數(shù)校正電路的基本原理單相功率因數(shù)校正電路的基本原理 實(shí)際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。實(shí)際上是二極管整流電路加上升壓型斬波電路構(gòu)成的。 原理原理 給定信號(hào)給定信號(hào) 和實(shí)際的直流電壓和實(shí)際的直流電壓ud比較后送入比較后送入PI調(diào)節(jié)器調(diào)

36、節(jié)器，得到指令信號(hào)，得到指令信號(hào)id，id和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號(hào)和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號(hào)i*，該指令信號(hào)和實(shí)際電感，該指令信號(hào)和實(shí)際電感電流信號(hào)比較后，通過(guò)電流信號(hào)比較后，通過(guò)滯環(huán)滯環(huán)對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤對(duì)開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。*du電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5.1 功率因數(shù)

37、校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理圖圖10-30 典型的單相有源典型的單相有源PFC電路及主要原理波形電路及主要原理波形 在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電在升壓斬波電路中，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感感L的電流就完全受開(kāi)關(guān)的電流就完全受開(kāi)關(guān)S的通斷控制；的通斷控制；S通時(shí)，通時(shí)，iL增長(zhǎng)，增長(zhǎng)，S斷時(shí)，斷時(shí)，iL下降，因此下降，因此控制控制S的占空比按正弦絕對(duì)值規(guī)律變化，的占空比按正弦絕對(duì)值規(guī)律變化，且與輸入電壓同相且與輸入電壓同相，就可以控制，就可以控制iL波形為正弦絕對(duì)值，從波形為正弦絕對(duì)值，從而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入而使輸入電流的波

38、形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入功率因數(shù)為功率因數(shù)為1。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5.1 功率因數(shù)校正電路的基本原理功率因數(shù)校正電路的基本原理開(kāi)關(guān)電源中采用有源開(kāi)關(guān)電源中采用有源PFC電路帶來(lái)以下好處電路帶來(lái)以下好處 輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對(duì)電網(wǎng)的干擾，輸入功率因數(shù)提高，輸入諧波電流減小，降低了電源對(duì)電網(wǎng)的干擾，滿足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。滿足了現(xiàn)行諧波限制標(biāo)準(zhǔn)。 在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低了在輸入相同有功功率的條件下，輸入電流有效值明顯減小，降低了對(duì)線路、開(kāi)關(guān)、連接件等電流容量的要求。

39、對(duì)線路、開(kāi)關(guān)、連接件等電流容量的要求。 由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴(kuò)大，能適應(yīng)世界由于有升壓斬波電路，電源允許的輸入電壓范圍擴(kuò)大，能適應(yīng)世界各國(guó)不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。各國(guó)不同的電網(wǎng)電壓，極大的提高電源裝置的可靠性和靈活性。 由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動(dòng)顯著減小，由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動(dòng)顯著減小，使后級(jí)使后級(jí)DC-DC變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和效率。效率。單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡(jiǎn)單，僅有單相有源功率因數(shù)校正電路較為簡(jiǎn)單，僅有1個(gè)全控開(kāi)關(guān)

40、器件。該電個(gè)全控開(kāi)關(guān)器件。該電路容易實(shí)現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因數(shù)路容易實(shí)現(xiàn)，可靠性也較高，因此應(yīng)用非常廣泛；三相有源功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技術(shù)的校正電路結(jié)構(gòu)和控制較復(fù)雜，成本也很高，三相功率因數(shù)校正技術(shù)的仍是研究的熱點(diǎn)。仍是研究的熱點(diǎn)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5.2 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)單級(jí)PFC變換器拓?fù)涫菍⒐β室驍?shù)校正電路中的變換器拓?fù)涫菍⒐β室驍?shù)校正電路中的開(kāi)關(guān)元件與后級(jí)開(kāi)關(guān)元件與后級(jí)DC-DC變換器中的開(kāi)關(guān)元件合并變換器中的開(kāi)關(guān)元件合并和復(fù)用

41、和復(fù)用，將兩部分電路合而為一。，將兩部分電路合而為一。單級(jí)變換器的優(yōu)點(diǎn)單級(jí)變換器的優(yōu)點(diǎn) 開(kāi)關(guān)器件數(shù)減少，主電路體積及成本可以降低。開(kāi)關(guān)器件數(shù)減少，主電路體積及成本可以降低。 控制電路通常只有一個(gè)輸出電壓控制閉環(huán)，簡(jiǎn)控制電路通常只有一個(gè)輸出電壓控制閉環(huán)，簡(jiǎn)化了控制電路。化了控制電路。 有些單級(jí)變換器拓?fù)渲胁糠州斎肽芰靠梢灾苯佑行﹩渭?jí)變換器拓?fù)渲胁糠州斎肽芰靠梢灾苯觽鬟f到輸出側(cè)，不經(jīng)過(guò)兩級(jí)變換，所以效率可能傳遞到輸出側(cè)，不經(jīng)過(guò)兩級(jí)變換，所以效率可能高于兩級(jí)變換器。高于兩級(jí)變換器。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.5.2 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)功率因

42、數(shù)校正技術(shù)圖圖10-33 典型的典型的boost型單級(jí)型單級(jí)PFC AC/DC變換器變換器 單級(jí)單級(jí)PFC變換器變換器 適合于適合于小功率電源小功率電源，以，以單相變換器單相變換器為主，主要性能指標(biāo)包括：效率、元為主，主要性能指標(biāo)包括：效率、元件數(shù)量、輸入電流畸變率等，這些指標(biāo)在很大程度上取決于件數(shù)量、輸入電流畸變率等，這些指標(biāo)在很大程度上取決于電路的拓?fù)湫问诫娐返耐負(fù)湫问健?工作原理工作原理 開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中按照一定的占空比導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入電開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中按照一定的占空比導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入電源通過(guò)開(kāi)關(guān)給升壓電路中的源通過(guò)開(kāi)關(guān)給升壓電路中的L1儲(chǔ)能，同時(shí)儲(chǔ)能，同時(shí)C1通過(guò)開(kāi)

43、關(guān)給通過(guò)開(kāi)關(guān)給反激變壓器反激變壓器儲(chǔ)能。儲(chǔ)能。 開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，輸入電源與開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，輸入電源與L1一起給一起給C1充電，反激變壓器同時(shí)向副邊電充電，反激變壓器同時(shí)向副邊電路釋放能量。路釋放能量。 開(kāi)關(guān)的占空比由輸出電壓調(diào)節(jié)器決定，在輸入電壓及負(fù)載一定的情況開(kāi)關(guān)的占空比由輸出電壓調(diào)節(jié)器決定，在輸入電壓及負(fù)載一定的情況下，下，C1兩端電壓在工作過(guò)程中基本保持不變，開(kāi)關(guān)的占空比也基本保持不變；兩端電壓在工作過(guò)程中基本保持不變，開(kāi)關(guān)的占空比也基本保持不變；輸入功率中的輸入功率中的100Hz波動(dòng)由波動(dòng)由C1進(jìn)行平滑濾波。進(jìn)行平滑濾波。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的

44、應(yīng)用10.5.2 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)單級(jí)單級(jí)PFC電路的特點(diǎn)電路的特點(diǎn) 單級(jí)單級(jí)PFC電路減少了主電路的開(kāi)關(guān)器件數(shù)量，電路減少了主電路的開(kāi)關(guān)器件數(shù)量，使主電路體積及成本降低。同時(shí)控制電路通常只使主電路體積及成本降低。同時(shí)控制電路通常只有一個(gè)輸出電壓控制閉環(huán)，簡(jiǎn)化了控制電路有一個(gè)輸出電壓控制閉環(huán)，簡(jiǎn)化了控制電路 單級(jí)單級(jí)PFC變換器減少了元件的數(shù)量，但是，單變換器減少了元件的數(shù)量，但是，單級(jí)級(jí)PFC變換器元件的額定值都比較高，所以單級(jí)變換器元件的額定值都比較高，所以單級(jí)PFC變換器僅在小功率時(shí)整個(gè)裝置的成本和體積變換器僅在小功率時(shí)整個(gè)裝置的成本和體積才具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大功率場(chǎng)

45、合，兩級(jí)才具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大功率場(chǎng)合，兩級(jí)PFC變換器變換器比較適合。比較適合。 單級(jí)單級(jí)PFC變換器的輸入電流畸變率明顯高于兩變換器的輸入電流畸變率明顯高于兩級(jí)變換器，特別是僅采用輸出電壓控制閉環(huán)的級(jí)變換器，特別是僅采用輸出電壓控制閉環(huán)的Boost型變換器。型變換器。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6 電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制10.6.3 電力系統(tǒng)諧波抑制電力系統(tǒng)諧波抑制10.6.4 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電能質(zhì)量控制、柔性

46、交流輸電與定制 電力技術(shù)電力技術(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 高壓直流輸電（高壓直流輸電（High Voltage DC TransmissionHVDC）是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中最早開(kāi)始的應(yīng)用領(lǐng)域，最早開(kāi)始的應(yīng)用領(lǐng)域，20世紀(jì)世紀(jì)50年代以來(lái)，當(dāng)電力電子技術(shù)年代以來(lái)，當(dāng)電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了可靠的高壓大功的發(fā)展帶來(lái)了可靠的高壓大功率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓率交直流轉(zhuǎn)換技術(shù)之后，高壓直流輸電越來(lái)

47、越受到人們的關(guān)直流輸電越來(lái)越受到人們的關(guān)注。注。原理和典型結(jié)構(gòu)原理和典型結(jié)構(gòu) 原理原理 發(fā)電廠輸出交流電，由變發(fā)電廠輸出交流電，由變壓器（換流變壓器）將電壓升壓器（換流變壓器）將電壓升高后送到高后送到晶閘管整流器晶閘管整流器，由晶，由晶閘管整流器將高壓交流變?yōu)楦唛l管整流器將高壓交流變?yōu)楦邏褐绷鳌褐绷鳌?經(jīng)經(jīng)直流輸電線路直流輸電線路輸送到電輸送到電能的接受端。能的接受端。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電圖圖10-34 高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu)高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理和典型結(jié)構(gòu) 在受端電能又經(jīng)過(guò)在受端

48、電能又經(jīng)過(guò)晶閘管逆變晶閘管逆變器器由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降由直流變回交流，再經(jīng)變壓器降壓后配送到各個(gè)用戶。壓后配送到各個(gè)用戶。典型結(jié)構(gòu)典型結(jié)構(gòu) 圖圖10-34是典型的采用是典型的采用十二脈波十二脈波換流器換流器的雙極高壓直流輸電線路。的雙極高壓直流輸電線路。 雙極是指其輸電線路兩端的每雙極是指其輸電線路兩端的每端都由兩個(gè)額定電壓相等的換流器端都由兩個(gè)額定電壓相等的換流器串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線，串聯(lián)聯(lián)結(jié)而成，具有兩根傳輸導(dǎo)線，分別為正極和負(fù)極，每端兩個(gè)換流分別為正極和負(fù)極，每端兩個(gè)換流器的串聯(lián)連接點(diǎn)接地。器的串聯(lián)連接點(diǎn)接地。 兩極獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)一極停止運(yùn)兩極獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)一極停止運(yùn)行時(shí)，

49、另一極以大地作回路還可以行時(shí)，另一極以大地作回路還可以帶一半的負(fù)荷，這樣就提高了運(yùn)行帶一半的負(fù)荷，這樣就提高了運(yùn)行的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運(yùn)的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只行維護(hù)；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只用一根傳輸導(dǎo)線（一般為負(fù)極），用一根傳輸導(dǎo)線（一般為負(fù)極），以大地或海水作為回路。以大地或海水作為回路。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電高壓直流輸電的優(yōu)勢(shì)高壓直流輸電的優(yōu)勢(shì) 更有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離和大容量的電能傳輸或者海底或地更有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離和大容量的電能傳輸或者海底或地下電纜傳輸。下

50、電纜傳輸。 不受輸電線路的不受輸電線路的感性和容性參數(shù)感性和容性參數(shù)的限制。的限制。 直流輸電線導(dǎo)體沒(méi)有直流輸電線導(dǎo)體沒(méi)有積膚效應(yīng)積膚效應(yīng)問(wèn)題，相同輸電容量下問(wèn)題，相同輸電容量下直流輸電線路的占地面積也小。直流輸電線路的占地面積也小。 短距離送電可采用基于短距離送電可采用基于全控型電力電子器件全控型電力電子器件的電壓型的電壓型變流器，性能更優(yōu)。變流器，性能更優(yōu)。 更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。更有利于電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。 更容易解決更容易解決同步同步、穩(wěn)定性穩(wěn)定性等等復(fù)雜問(wèn)題。等等復(fù)雜問(wèn)題。 更有利于系統(tǒng)控制。更有利于系統(tǒng)控制。 通過(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠泄β释ㄟ^(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠?/p>

51、功功率的快速而準(zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)的快速而準(zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。定性、限制短路電流。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制在電力系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)功功率的控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制，在電力系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)功功率的控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制，可以可以提高功率因數(shù)提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量改善供電質(zhì)量。晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器 交流電力電容器的投入與切斷是控制無(wú)功功率的一種重要手段，交流電力電容器的投入與切斷是控制

52、無(wú)功功率的一種重要手段，晶閘管投晶閘管投切電容器切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無(wú)功補(bǔ)償方式。是一種性能優(yōu)良的無(wú)功補(bǔ)償方式。 圖圖10-35是是TSC的基本原理圖，可以看出的基本原理圖，可以看出TSC的基本原理實(shí)際上是就是的基本原理實(shí)際上是就是用用交流電力電子開(kāi)關(guān)來(lái)投如或者切除電容器交流電力電子開(kāi)關(guān)來(lái)投如或者切除電容器，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容容C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來(lái)抑制電容器并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開(kāi)的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在

53、實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容器組同時(shí)投入或切斷會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，器組同時(shí)投入或切斷會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求而改變投入電容器的容量，根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求而改變投入電容器的容量，TSC實(shí)際上就成為斷續(xù)實(shí)際上就成為斷續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。 圖圖10-35 TSC基本原理圖基本原理圖a) 基本單元單相簡(jiǎn)圖基本單元單相簡(jiǎn)圖 b) 分組投切單相簡(jiǎn)圖分組投切單相簡(jiǎn)圖電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-36 TSC理想投

54、切時(shí)刻原理說(shuō)明理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明TSC運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則 該時(shí)刻該時(shí)刻交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等先充電的電壓相等，這樣電容器電壓不，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。 一般來(lái)說(shuō)，理想情況下，希望電容一般來(lái)說(shuō)，理想情況下，希望電容器預(yù)先充電電壓為器預(yù)先充電電壓為電源電壓峰值電源電壓峰值，這時(shí)，這時(shí)電源電壓的變化率為零電源電壓的變化率為零，因此在投入時(shí)，因此在投入時(shí)刻刻iC為零為零，之后才按正弦規(guī)律上升；這，之后才按正弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，樣，電容投

55、入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，電流也沒(méi)有階躍變化。電流也沒(méi)有階躍變化。 如圖如圖10-36，導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)，導(dǎo)通開(kāi)始時(shí)uC已由上已由上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管VT1充電充電至電源電壓至電源電壓us的正峰值，的正峰值，t1時(shí)刻導(dǎo)通時(shí)刻導(dǎo)通VT2，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā)，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā)VT1和和VT2；切除這條電容支路時(shí)，如在；切除這條電容支路時(shí)，如在t2時(shí)時(shí)刻刻iC已降為零，已降為零，VT2關(guān)斷，關(guān)斷， uC保持在保持在VT2導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下一次投入電容器做了準(zhǔn)備。下一次投入電容器做了準(zhǔn)備。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10

56、章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-37 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC 由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí)由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí)uC總會(huì)維持在電源總會(huì)維持在電源電壓峰值。電壓峰值。 這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控，這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控，響應(yīng)速度響應(yīng)速度要慢一些要慢一些，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2

57、 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制晶閘管控制電抗器（晶閘管控制電抗器（TCR ） 晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，圖晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，圖10-38所示為所示為TCR的典型電路，可以看出是的典型電路，可以看出是支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路。 通過(guò)對(duì)通過(guò)對(duì) 角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)

58、無(wú)功功率。連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。 圖圖10-38 晶閘管控制電抗器晶閘管控制電抗器(TCR)電路電路電抗器中所含電電抗器中所含電阻很小，可以近阻很小，可以近似看成純電感負(fù)似看成純電感負(fù)載，因此載，因此 的移的移相范圍為相范圍為90180。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制圖圖10-39 TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形a) =120 b) =135 c) =160圖圖10-39給出了給出了 分別為分別為120、135和和160時(shí)時(shí)TCR電電路的負(fù)載相電流和輸入線電流的波形。路的負(fù)載相電

59、流和輸入線電流的波形。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)第第10章章 電力電子技術(shù)的應(yīng)用電力電子技術(shù)的應(yīng)用10.6.2 無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器 靜止無(wú)功發(fā)生器靜止無(wú)功發(fā)生器SVG在本書中專指由自換相的電力電子橋式變流器來(lái)進(jìn)在本書中專指由自換相的電力電子橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。 SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。 采用電壓型橋式電路的采用電壓型橋式電路的SVG如圖如圖10-40a，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電容電容，還需，還需再串聯(lián)上連接再串聯(lián)上連接電抗器電抗器才能并入電網(wǎng)。才能并入電網(wǎng)。 采用電流型橋式電路的采用電流型橋式電路的SVG如圖如圖10-40b，直流側(cè)采用的是，直流側(cè)采用的是電感電感，還需，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的電容器電容器才