电力电子装置(1)

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8.3.1 变频调速的基本控制方式
（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 （4）矢量控制 （5）控制直接转矩
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8.3.2 变频调速装置的分类
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➢ 工作原理
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。如果忽略这种脉动，is为频率与电源频率 相同的正弦波。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的相位差决定。改变uAB中基波分量的幅值和相 位，就可以使is与us同相位，电路工作在整流状态，且功率因数为1。
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8.2.2 UPS电源中的整流器
概述：
1）对于小功率UPS，整流器一般采用二极管整流电路， 蓄电池充电由专门的充电器来完成。
2）对于中大功率UPS，整流器一般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 蓄电池进行充电。
3）减少UPS注入电网的谐波电流的方法： 4）目前，比较先进的UPS采用PWM整流电路，可以做到 注入电网的电流基本接近正弦波，使其功率因数接近1，大 大降低了UPS对电网的谐波污染。
该PWM信号经驱动电路后去驱动主电路开关器件，便可使实际的 交流输入电流跟踪指令值，从而达到控制输出电压的目的。
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8.2.3 UPS电源中的逆变器
主电路采用全桥逆变电路，为滤去开关频率噪声，输出采用LC 滤波电路，且采用较小的LC滤波器。输出隔离变压器实现逆变器与 负载隔离，避免它们之间电的直接联系，从而减少干扰。
频的交流电压，继续向负载供电。
图8.3.Байду номын сангаас 后备式UPS的基本结构
特点：结构简单、成本低、运行效率高、价格便宜，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。
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2、线式UPS
正常工作时，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给负载。
目前，在计算机网络系统、邮电通信、银行证劵、 电力系统、工业控制、医疗、交通、航空等领域得到 广泛应用。
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8.2.1 UPS的分类
根据工作方式，UPS电源分 ：
1、后备式UPS
市电存在时，逆变器不工作，市 电经交流稳压器稳压后，向负载供电， 同时充电器工作，对蓄电池组浮充电。
市电掉电时，逆变器工作，将蓄 电池供给的直流电压变换成稳压、稳
当市电掉电时，由蓄电池组向逆变器供电，以保证负载不间断供电。
如果逆变器发生故障，UPS则通过静 态开关切换到旁路，直接由市电供电。当 故障消失后，UPS又 重新切换到由逆变器向负载供电。
特点：总是处于稳压、稳频供电状态，
输出电压动态响应特性好，波形畸变小， 其供电质量明显优于后备式UPS。
图8.3.2 在线式UPS的基本结构
图8.3.5 UPS逆变器及其控制原理框图
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8.2.4 UPS的静态开关
1、工作原理：
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发生故 障或维护检修时，无间断地将负载切换到市电上，由市电 直接供电。
2、电路结构：
静态开关的主电路一般由 两只晶闸管开关反并联组成， 一只晶闸管用于通过正半周 电流，另一只晶闸管则用于 通过负半周电流。
图8.2.4 单相输出UPS的 静态开关原理图
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8.3 变频调速装置
由交流电机的转速公式：
可以看出： 若均匀地改变定子频率 ，则可以平滑地改变电机的转速。 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 交流调速的主要发展方向。
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2020/11/27
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电力电子装 置
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8.1 开关电源
8.1.1 开关电源的工作原理
稳压电源：通常分为线性稳压电源和开关稳压电源。 1、线性稳压电源：
指起电压调整功能的器件始终工作在线性放大区的 直流稳压电源。
2、开关稳压电源：
图8.3.3 单相PWM整流电路的原理框图
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单相PWM整流电路采用直接电流控制时的控制系统结构简图
图8.3.4 直接电流控制系统结构图
直流输出电压给定信号Ud*和实际的直流 电压Ud比较后送入PI调 节器，PI调节器的输出即为整流器交流输入电流的幅值，它与标准正 弦波相乘后形成交流输入电流的给定信号is*，is*与实际的交流输入电 流is进行比较，误差信号经比例调节器放大后送入比较器，再与三角载 波信号比较形成PWM信号。
简称开关电源(Switching Power Supply)，指起电压 调整功能的器件始终以开关方式工作的一种直流稳压电源。
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1、线性稳压电源：
优点：优良的纹波及动态响应特性； 缺点：（1）输入采用50Hz工频变压器，体积庞大；
（2）电压调整器件工作在线性放大区内,损耗大,效率低； （3） 过载能力差。
图8.1.1 线性稳压电源方框图
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2、开关电源：
工作原理： 图8.1.2 开关电源原理框图
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，通过高频变压器 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。
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8.1.2 开关电源的应用
图8.1.4 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。
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8.2 不间断电源
不间断电源：
——Uninterrupitable Power System, 简称UPS
UPS电源装置在保证不间断供电的同时，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。