第8章 组合变流电路
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Constant Voltage and Constant Frequency
UPS是指当交流输入电源（习惯称为市电）发生 异常或断电时，还能继续向负载供电。
8-11
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
1）UPS基本工作原理:
市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再逆 变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流器输出 给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。
使电路具备再生反馈电力的 能力的方法 ：
带有泵升电压限制电路的电压 型间接交流变流电路。
当泵升电压超过一定数值时， 使V0导通，把从负载反馈的能量 消耗在R0上。
利用可控变流器实现再生反馈的 电压型间接交流变流电路。
当负载回馈能量时，可控变流 器工作于有源逆变状态，将电能 反馈回电网。
图8－2 带有泵升电压限制电路 的电压型间接交流变流电路
图8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路
不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路的整流部分 采用的是不可控整流，它只能由电源向直流电路输送功率， 而不能反馈电力。图中逆变电路的能量是可以双向流动的， 若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高， 称为泵升电压。
8-4
8.1.1 间接交流变流电路原理
图8-13 小容量UPS主电路
大容量UPS主电路。采 用PWM控制的逆变器开 关频率较低，通过多重 化联结降低输出电压中 的谐波分量。
图8-14 大功率UPS主电路
8-14
8.2 间接直流变流电路
间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流 为直流电，也称为直-交-直电路。
直流
逆变
电路
交流 变压器
第8章 组合变流电路
引言 8.1 间接交流变流电路 8.2 间接直流变流电路 本章小结
8-1
第8章 组合变流电路•引言
基本的变流电路
第2～5章分别介绍的AC/DC、DC/DC、AC/AC和 DC/AC四大类基本的变流电路 。
组合变流电路
将某几种基本的变流电路组合起来，以实现一定的新 功能，即构成组合变流电路。
图8-6 采用可控整流的 电流型间接交流变流电路
8-7
8.1.1 间接交流变流电路原理
图8-6 采用可控整流的 电流型间接交流变流电路
图8-7 电流型交-直-交PWM变频电路
实现再生反馈的电路图
8-8
8.1.2 交直交变频器（VVVF变流电路）
交直交变频电路的典型应用： 一、VVVF变流电路：用作交流电动机调速用的变频器。 二、CVCF变流电路：UPS。
8-9
8.1.2 交直交变频器（VVVF变流电路）
图8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
恒压频比控制
• 转速给定作为频率f 指令值和定子电压U1的指令值。该比例 决定了U/f比值，可以保证压频比为恒定。
8-10
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
CVCF电源主要用作不间断电源(UPS) 。
图8-11 用柴油发电机作 为后备电源的UPS
图8-12 具有旁路电源系统的UPS
8-13
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
2）UPS主电路结构
小容量的UPS，整流部 分使用二极管整流器和 直流斩波器(PFC)，可获 得较高的交流输入功率 因数，逆变器部分使用 IGBT并采用PWM控制， 可获得良好的控制性能。
一、VVVF变流电路 Variable Voltage and Variable Frequency 1）恒压频比控制
为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大,引起功 率因数和效率的降低，需对变频器的电压和频率的比率进行控制，
使该比率保持恒定维持气隙磁通为额定值。 2）转差频率控制 3）矢量控制 4）直接转矩控制
市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频 恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于蓄电池容量的 大小。
图8-10 UPS基本结构原理图
8-12
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
为了保证长时间不间 断供电，可采用柴油 发电机（简称油机） 作为后备电源。
增加旁路电源系统， 可使负载供电可靠性 进一步提高。
图8－3 利用可控变流器实现再生 反馈的电压型间接交流变流电路
8-5
8.1.1 间接交流变流电路原理
整流和逆变均为PWM控制的 电压型间接交流变流电路。
整流和逆变电路的构成完 全相同，均采用PWM控制，能 量可双向流动。输入输出电流 均为正弦波，输入功率因数高， 且可实现电动机四象限运行。
图8－4 整流和逆变均为PWM控制 的电压型间接交流变流电路
交流
整流 电路
脉动直流 滤波器
直流
图 8-15 间接直流变流电路的结构
采用这种结构的变换原因：
输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电 感、滤波电容的体积和重量。工作频率高于20kHz这一人 耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。
8-6
8.1.1 间接交流变流电路原理
2）电流型间接交流变流电路
整流电路为不可控的二极管 整流时，电路不能将负载侧 的能量反馈到电源侧。
为使电路具备再生反馈电 力的能力，可采用：
整流电路采用晶闸管可 控整流电路。 负载回馈能量时，可控 变流器工作于有源逆变 状态，使中间直流电压 反极性。
图8-5 不能再生反馈电力的 电流型间接交流变流电路
8-15
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8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路 8.2.2 反激电路 8.2.3 半桥电路 8.2.4 全桥电路 8.2.5 推挽电路 8.2.6 全波整流和全桥整流 8.2.7 开关电源
逆变电路构成。
分为电压型间接交流变流电路和电流型间接交流 变流电路 间接交流变流电路的逆变部分多采用PWM控制。
8-3
8.1.1 间接交流变流电路原理
当负载为电动机时，通常要求间接交流变流电路具有再 生反馈电力的能力，要求输出电压的大小和频率可调， 此时该电路又名交直交变频电路。
1）电压型间接交流 变流电路
间接交流变流电路AC/DC/AC
先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电， 是先整流后逆变的组合。
间接直流变流电路 DC/AC/DC
先将直流电逆变为交流电，再将交流电整流为直流电， 是先逆变后整流的组合。
8-2
8.1 间接交流变流电路AC/DC/AC
间接交流变流电路由整流电路、中间直流电路和
UPS是指当交流输入电源（习惯称为市电）发生 异常或断电时，还能继续向负载供电。
8-11
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
1）UPS基本工作原理:
市电正常时，由市电供电，市电经整流器整流为直流，再逆 变为50Hz恒频恒压的交流电向负载供电。同时，整流器输出 给蓄电池充电，保证蓄电池的电量充足。
使电路具备再生反馈电力的 能力的方法 ：
带有泵升电压限制电路的电压 型间接交流变流电路。
当泵升电压超过一定数值时， 使V0导通，把从负载反馈的能量 消耗在R0上。
利用可控变流器实现再生反馈的 电压型间接交流变流电路。
当负载回馈能量时，可控变流 器工作于有源逆变状态，将电能 反馈回电网。
图8－2 带有泵升电压限制电路 的电压型间接交流变流电路
图8-1 不能再生反馈的电压型间接交流变流电路
不能再生反馈电力的电压型间接交流变流电路的整流部分 采用的是不可控整流，它只能由电源向直流电路输送功率， 而不能反馈电力。图中逆变电路的能量是可以双向流动的， 若负载能量反馈到中间直流电路，将导致电容电压升高， 称为泵升电压。
8-4
8.1.1 间接交流变流电路原理
图8-13 小容量UPS主电路
大容量UPS主电路。采 用PWM控制的逆变器开 关频率较低，通过多重 化联结降低输出电压中 的谐波分量。
图8-14 大功率UPS主电路
8-14
8.2 间接直流变流电路
间接直流变流电路：先将直流逆变为交流，再整流 为直流电，也称为直-交-直电路。
直流
逆变
电路
交流 变压器
第8章 组合变流电路
引言 8.1 间接交流变流电路 8.2 间接直流变流电路 本章小结
8-1
第8章 组合变流电路•引言
基本的变流电路
第2～5章分别介绍的AC/DC、DC/DC、AC/AC和 DC/AC四大类基本的变流电路 。
组合变流电路
将某几种基本的变流电路组合起来，以实现一定的新 功能，即构成组合变流电路。
图8-6 采用可控整流的 电流型间接交流变流电路
8-7
8.1.1 间接交流变流电路原理
图8-6 采用可控整流的 电流型间接交流变流电路
图8-7 电流型交-直-交PWM变频电路
实现再生反馈的电路图
8-8
8.1.2 交直交变频器（VVVF变流电路）
交直交变频电路的典型应用： 一、VVVF变流电路：用作交流电动机调速用的变频器。 二、CVCF变流电路：UPS。
8-9
8.1.2 交直交变频器（VVVF变流电路）
图8-9 采用恒压频比控制的变频调速系统框图
恒压频比控制
• 转速给定作为频率f 指令值和定子电压U1的指令值。该比例 决定了U/f比值，可以保证压频比为恒定。
8-10
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
CVCF电源主要用作不间断电源(UPS) 。
图8-11 用柴油发电机作 为后备电源的UPS
图8-12 具有旁路电源系统的UPS
8-13
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
2）UPS主电路结构
小容量的UPS，整流部 分使用二极管整流器和 直流斩波器(PFC)，可获 得较高的交流输入功率 因数，逆变器部分使用 IGBT并采用PWM控制， 可获得良好的控制性能。
一、VVVF变流电路 Variable Voltage and Variable Frequency 1）恒压频比控制
为避免电动机因频率变化导致磁饱和而造成励磁电流增大,引起功 率因数和效率的降低，需对变频器的电压和频率的比率进行控制，
使该比率保持恒定维持气隙磁通为额定值。 2）转差频率控制 3）矢量控制 4）直接转矩控制
市电异常乃至停电时，蓄电池的直流电经逆变器变换为恒频 恒压交流电继续向负载供电，供电时间取决于蓄电池容量的 大小。
图8-10 UPS基本结构原理图
8-12
8.1.3 恒压恒频(CVCF)电源
为了保证长时间不间 断供电，可采用柴油 发电机（简称油机） 作为后备电源。
增加旁路电源系统， 可使负载供电可靠性 进一步提高。
图8－3 利用可控变流器实现再生 反馈的电压型间接交流变流电路
8-5
8.1.1 间接交流变流电路原理
整流和逆变均为PWM控制的 电压型间接交流变流电路。
整流和逆变电路的构成完 全相同，均采用PWM控制，能 量可双向流动。输入输出电流 均为正弦波，输入功率因数高， 且可实现电动机四象限运行。
图8－4 整流和逆变均为PWM控制 的电压型间接交流变流电路
交流
整流 电路
脉动直流 滤波器
直流
图 8-15 间接直流变流电路的结构
采用这种结构的变换原因：
输出端与输入端需要隔离。 某些应用中需要相互隔离的多路输出。 输出电压与输入电压的比例远小于1或远大于1。 交流环节采用较高的工作频率，可以减小变压器和滤波电 感、滤波电容的体积和重量。工作频率高于20kHz这一人 耳的听觉极限，可避免变压器和电感产生噪音。
8-6
8.1.1 间接交流变流电路原理
2）电流型间接交流变流电路
整流电路为不可控的二极管 整流时，电路不能将负载侧 的能量反馈到电源侧。
为使电路具备再生反馈电 力的能力，可采用：
整流电路采用晶闸管可 控整流电路。 负载回馈能量时，可控 变流器工作于有源逆变 状态，使中间直流电压 反极性。
图8-5 不能再生反馈电力的 电流型间接交流变流电路
8-15
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8.2 间接直流变流电路
8.2.1 正激电路 8.2.2 反激电路 8.2.3 半桥电路 8.2.4 全桥电路 8.2.5 推挽电路 8.2.6 全波整流和全桥整流 8.2.7 开关电源
逆变电路构成。
分为电压型间接交流变流电路和电流型间接交流 变流电路 间接交流变流电路的逆变部分多采用PWM控制。
8-3
8.1.1 间接交流变流电路原理
当负载为电动机时，通常要求间接交流变流电路具有再 生反馈电力的能力，要求输出电压的大小和频率可调， 此时该电路又名交直交变频电路。
1）电压型间接交流 变流电路
间接交流变流电路AC/DC/AC
先将交流电整流为直流电，再将直流电逆变为交流电， 是先整流后逆变的组合。
间接直流变流电路 DC/AC/DC
先将直流电逆变为交流电，再将交流电整流为直流电， 是先逆变后整流的组合。
8-2
8.1 间接交流变流电路AC/DC/AC
间接交流变流电路由整流电路、中间直流电路和