《电力电子技术》(高职高专第4版)课件 第7章 电力电子装置

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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7.2.1 线性稳压电源方框图
7.2.1 开关电源的工作原理
2、开关稳压电源:
工作原理:
图7.2.2 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
图7.3.1 Boost-PFC电路
7.3.2PFC集成控制电路UC3854及其应用
UC3来自百度文库54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 。
图7.3.2 UC3854内部结构框图
7.3.2PFC集成控制电路UC3854及其应用
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,
只需改变主电路中的电感 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:
UO
R1 R2 R2
7.5V
图7.3.3由UC3854构成的PFC电路原理图
7.2.2开关电源的应用
PWM控制器SG3525
①脚:误差放大器反相输入端; ②脚:误差放大器同相输入端;
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,用来调节死区时间,定时电容范围为0.001μF~
7.3有源功率因数校正
2、有源功率因数校正电路(PFC)
1)特点: 与无源校正抑制谐波的区别: 能进一步抑制装置的低次谐波,提高装置的功率因数。 与一般的开关电源的区别: (1) PFC电路不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流; (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。 2)工作原理:
电力电子技术
(第4版)
第7章 电力电子装置
定义:由基本电力电子电路组成的用于电能的变换和控 制的装置称为电力电子装置(Power Electronic Equipment ),又称为变流装置。
用途: 直流电源可由整流器或直流变流器组成,用于 直流电动机调速、金属焊接、充电、电镀和科学仪器等的电 源;交流电源可由变频器组成,分为变频变压电源(用于交 流笼型异步电动机调速)、恒频恒压电源(构成交流不间断 电源)、交流稳压电源、中频感加热电源、高频加热电源等 ;利用电力电子器件的快速开关性能,还可构成无功补偿装 置、静止式无触点大功率开关以代替传统的电磁式有触点大 功率开关。
⒁脚:B路驱动信号输出; ⒂脚:电源,其范围因为8V~35V;
图7.2.6 SG3525的内部结构
⒃脚:内部+5V基准电压输出。
7.2.2开关电源的应用
(4) 控制电路(SG3525)
采用双环控制方式,电压环为外环控制,电流环为内环 控制。输出电压的反馈信号UOF与电压给定信号UOG相减,其 误差信号经PI调节器后形成输出电感的电流给定,再与电感 电流的反馈信号IOF相减得电流误差信号,经PI调节器后送入 PWM控制器SG3525,然后与控制器内部三角波比较形成 PWM信号。该PWM信号再通过驱动电路去驱动主电路IGBT。
第7章 电力电子装置
7.1 电力电子装置的一般模型 7.2 开关电源 7.3 有源功率因数校正 7.4 不间断电源(UPS) 7.5 静止无功补偿装置 7.6 变频调速装置
7.4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。
有源功率因数校正技术(Actite Power Filter Correction , 简称APFC或PFC)就是在传统的整流电路中加入有源开关, 通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。
7.3.1PFC技术的工作原理
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。
入开关电源内部,干扰开关电源的正常工作。该滤波器能同时抑制共模和
差模干扰信号。
◆电路结构: 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 则用来抑制差模干扰信号。
开关电源缺点:
主要是存在开关噪声干扰。
7.2.2开关电源的应用
1、开关电源的应用
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。
图7.2.4 直流操作电源电路原理图
7.2.2开关电源的应用
2、电路简介:
交流进线滤波器 ◆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
一般情况下电力电 子装置由控制电路、驱 动电路、检测电路和以 电力电子器件为核心的 主电路组成,如图7.1.1 所示。
图7.1.1 电力电子装置的一般组成
电力电子装置是电能变换设备,它的使用现场不可避免 存在严重电磁干扰。强干扰信号窜入装置中除可能直接使电 力电子器件误动作外,还会干扰装置的控制电路,使装置误 动作。
工作原理: 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形成基 准电流信号。基准电流信号与电 流反馈信号相减,误差信号经电 流误差放大器CA后再与锯齿波相 比较形成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。
2、开关稳压电源:
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 。
两种改变占空比的控制方式 : 1)脉冲宽度调制控制(PWM) 2)脉冲频率调制控制(PFM)
图7.2.2 开关电源原理框图
7.2.1 开关电源的工作原理
1) 脉冲宽度控制: 保持开关频率(开关周期Ts)不变,通过改变Ton来 改变
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。
7.4.1UPS的分类
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、稳频的交流电压,继 续向负载供电。
图7.2.5 交流进线EMI滤波器
7.2.2开关电源的应用
(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,而对于大功率电源则 采用全波或桥式整流电路。
7.3有源功率因数校正
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 运行。
1、采用无源校正抑制谐波: 特点: 1)方法简单可靠,并且在稳态条件下不产生电磁干扰。 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)可能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工作。 4)LC滤波器体积庞大。
目前变流装置正沿着智能化、模块化、小型化、高效和 高可靠性方向发展,使之应用领域不断扩大。
第7章 电力电子装置
7.1 电力电子装置的一般模型 7.2 开关电源 7.3 有源功率因数校正 7.4 不间断电源(UPS) 7.5 静止无功补偿装置 7.6 变频调速装置
7.1.1 电力电子的一般模型
图7.4.1 后备式UPS的基本结构
输出电压波形有方波、准方波和正弦波三种方式。
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。
7.4.1UPS的分类
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。
7.1.1 电力电子的一般模型
抗干扰的技术措施:
① 抑制干扰信号的强度,例如交流继电器、交流接触器触点并联电容 ,可减小触点通断时的电火花干扰;
② 合理布线以减小导线间的分布电容、分布电感和互感,防止干扰信 号窜入;
③ 实施电磁屏蔽; ④ 正确选择接地点并良好接地; ⑤ 加强电路本身的抗干扰能力,设计时选用抗干扰性能好的电子元件
7.2.1 开关电源的工作原理
稳压电源:
◆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。 ◆开关稳压电源: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。
7.2.1 开关电源的工作原理
1、线性稳压电源:
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。 通过取样、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。
7.2.1 开关电源的工作原理
; ⑥ 控制电路共用直流稳压电源时,电路各部分应单独引线; ⑦ 在信号强度允许条件下尽量降低各单元电路的输入、输出阻抗; ⑧ 采用变压器耦合等隔离手段,将控制电路与信号源或控制电路与电
力电子装置的主电路在电路上隔离,防止干扰信号窜入。
第7章 电力电子装置
7.1 电力电子装置的一般模型 7.2 开关电源 7.3 有源功率因数校正 7.4 不间断电源(UPS) 7.5 静止无功补偿装置 7.6 变频调速装置
占空比 D,从而达到改变输出电压的目的。如果占空比D越 大,则经滤波后的输出电压也就越高。
2)脉冲频率控制:
图7.2.3 PWM控制方式
保持导通时间Ton不变,通过改变开关频率(即开关周期) 而达到改变占空比的目的。
工作频率不固定,造成滤波器设计困难。
7.2.1 开关电源的工作原理
开关电源优点:
(1)功耗小、效率高。 (2)体积小、重量轻。 (3)稳压范围宽。 (4)电路形式灵活多样。
(5) IGBT驱动电路
该驱动模块为混合集成电路, 将IGBT的驱动和过流保护集于一 体,能驱动电压为600V和1200V 系列电流容量不大于400AIGBT。
图7.2.7 IGBT驱动电路
第7章 电力电子装置
7.1 电力电子装置的一般模型 7.2 开关电源 7.3 有源功率因数校正 7.4 不间断电源(UPS) 7.5 静止无功补偿装置 7.6 变频调速装置
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7.4.2 在线式UPS的基本结构
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,该脚为高电平时,
输出驱动脉冲信号被封锁,用于故障保护;
⑾脚:A路驱动信号输出; ⑿脚:接地;
⒀脚:输出级集电极电压;
7.4.2UPS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,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,因此, 整流器的输出电压必须是可控的。
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