【正文】 放大區(qū)內(nèi) ， 損耗大 ， 效率低 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 (3) 穩(wěn)壓范圍寬 。 變壓器的副邊由于輸出電壓為零 ， 所以二極管 VD1截止 ， 電感 L通過(guò)二極管VD2續(xù)流并向負(fù)載釋放能量 ， 由于電容 C1的濾波作用 ，此時(shí)負(fù)載上所獲得的電壓保持不變 ， iio kDUDUNNU ??12式中 k為變壓器的變壓比 ， D為方波的占空比 , N1 , N2為變壓器原 、 副邊繞組的匝數(shù) 。 欲得到與下面將介紹的全橋變換電路相同的輸出功率 ， 開關(guān)管必須流過(guò)兩倍的電流 ， 因此半橋式電路是通過(guò)降壓擴(kuò)流來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率輸出的 。 Cc Cc2和 Lc構(gòu)成的低通濾波器用來(lái)抑制共模干擾信號(hào) 。 電流環(huán)為內(nèi)環(huán)控制 ， 起穩(wěn)定輸出電流的作用 。 UPS不間斷電源 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 812 后備式 UPS的結(jié)構(gòu)框圖 充電器 逆變器蓄電池組交流穩(wěn)壓器交 流 市 電 輸 入 交流輸出 第 8章 典型電力電子裝置介紹 (1) 當(dāng)市電正常時(shí) ， 只是通過(guò)交流穩(wěn)壓后直接輸出至負(fù)載 ， 因此電路對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力較差 。 此時(shí) ， 通過(guò)雙向轉(zhuǎn)換器 ， 逆變器工作在整流狀態(tài) ， 作為充電器向蓄電池組充電 。 電路的工作原理為：在交流電源 us的正半周 ， 控制電路關(guān)斷 V V3, 而在 VV4的控制極輸入 SPWM控制脈沖序列 ， 則在 A、 B兩點(diǎn)間獲得正半周的 SPWM波形 ， 如圖 816所示 。 標(biāo)準(zhǔn)的正弦波就是與電源電壓 us同相位的電壓信號(hào) ， 當(dāng)它與信號(hào) Im相乘后 ， 只增加或減小其幅值 ， 而不會(huì)改變它的相位 ， 即 i*s的相位始終與電源電壓 us的相位相同 ， 其幅值則隨著 PI調(diào)節(jié)的差值而變化 。 一般而言 ， UPS電源逆變器的控制電路除了與整流電路一樣 ， 通過(guò)電壓閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)輸出電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)和自動(dòng)穩(wěn)壓外 ， 還要實(shí)現(xiàn)相位跟蹤 。 靜態(tài)開關(guān)的主電路比較簡(jiǎn)單 ， 一般由兩只晶閘管或一只雙向晶閘管組成 ， 單相輸出 UPS的靜態(tài)開關(guān)如圖 823所示 。 它能將整流器的輸入電流校正成與電網(wǎng)電壓同相位的正弦波 ， 消除了諧波和無(wú)功電流 ， 將電網(wǎng)功率因數(shù)提高到近似為 1，其原理框圖如圖 825所示 。 在工作過(guò)程中 ， 升壓電感 L1中的電流受到連續(xù)的監(jiān)控和調(diào)節(jié) ， 使之能跟隨整流后正弦半波電壓波形 。 電感電流 iL經(jīng)過(guò) C1和射頻濾波后 ， 得到與輸入電壓同頻率的基波電流 ii。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 因此 ， 只要是雙級(jí)式的 APFC， 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)就由級(jí)聯(lián)的 DC/DC變換器的后級(jí)承擔(dān) ， 這樣就可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) ， 滿足各種不同電器的需要 。 即開關(guān) V導(dǎo)通時(shí) ， 電感電流從零上升；開關(guān)截止時(shí) ， 電感電流從峰值降到零 。 單級(jí)式 APFC電路集功率因數(shù)校正和輸出隔離 、 電壓穩(wěn)定于一體 ， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 效率高 ， 但分析和控制復(fù)雜 ， 適用于單一集中式電源系統(tǒng) 。 這種方法最早用于電力系統(tǒng) ， 其電路體積和質(zhì)量都很大 。 這種電路相對(duì)于輸入信號(hào)的交流電源的任意相位均可同步接通 ， 稱為非零電壓開關(guān) 。 輸出隔離變壓器實(shí)現(xiàn)逆變器與負(fù)載之間的隔離 ， 避免了它們之間電路上的直接聯(lián)系 ， 從而減少了干擾 。 Ud為整流輸出的實(shí)際電壓的反饋信號(hào) ， 如果整流輸出電壓與給定控制信號(hào)所希望的電壓值相同 ， 即 Ud= U*d ， 則圖中比例積分調(diào)節(jié)器 PI不起調(diào)節(jié)作用 ，整流輸出電壓 Ud保持不變 。除了增加整流電路的相數(shù)外 ， 還可以通過(guò)在整流器的輸入側(cè)增加有源或無(wú)源濾波器濾去 UPS注入電網(wǎng)的諧波電流 。 (4) 保護(hù)性能好，對(duì)市電噪音以及浪涌的抑制能力強(qiáng)。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 811 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 M 5 7 9 6 2 L1814＋過(guò)流信號(hào)T L P 2 1 14 . 7 k54613－Uin＋ 1 5 V－ 1 0 VM U R 4 1 0 020 ? Ug＋＋ 第 8章 典型電力電子裝置介紹 UPS的分類 1． 離線式 UPS電源 該電源的基本結(jié)構(gòu)如圖 812所示 ， 它由充電器 、 蓄電池組 、 逆變器 、 交流穩(wěn)壓器和轉(zhuǎn)換開關(guān)等部分組成 。濾波電容的充電過(guò)程完成后，觸發(fā)晶閘管，使之導(dǎo)通，從而既達(dá)到了短接電阻降低損耗的目的，又可限制啟動(dòng)浪涌電流。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 開關(guān)電源的應(yīng)用 圖 87 直流操作電源電路 (a) 主電路 V1ug1V2ug2TVD5VD7VD6VD8LIdC Uo＋－C1C2R1S C RVD1VD3VD2VD4E M IuAC( a )＋＋＋ 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 87 直流操作電源電路 (b) 控制電路 ( b )U3SG3525驅(qū)動(dòng)ug1驅(qū)動(dòng)ug212345678161514131211109Ur e f＋ 1 5 VRsR3C4C3R9R10U2＋－＋△∞C2R8R11保護(hù)電路R6R7U1＋－＋△∞C1R5R4UOGUOFPIOF＋＋ 第 8章 典型電力電子裝置介紹 1． 交流進(jìn)線 EMI濾波器 電磁干擾 EMI為英文 ElectroMagic Interference的縮寫 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 當(dāng) uV1＝ Ui／ 2時(shí) ， 變壓器副邊所接二極管 VD3導(dǎo)通 ，VD4截止 ， 整流輸出電壓的方向與圖示 Uo方向相同；當(dāng) uV1＝ Ui／ 2時(shí) ， 二極管 VD4導(dǎo)通 ， VD3截止 ， 整流輸出電壓的方向也與圖示 Uo方向相同；在二極管 VD3 、 VD4導(dǎo)通期間 ， L 。 工頻交流電源通過(guò)電源濾波器 、 整流濾波器后轉(zhuǎn)換成該圖中所示的直流電壓 Ui； V1為功率開關(guān)管 ， 多為絕緣柵雙極型晶體管 IGBT（ 其基極的驅(qū)動(dòng)電路圖中未畫出 ） ； TR為高頻變壓器； L和 C1組成 LC濾波器；二極管 VD1為半波整流元件 ， VD2為續(xù)流二極管； RL為負(fù)載電阻； Uo為輸出穩(wěn)定的直流電壓 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 4． 開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點(diǎn) 開關(guān)穩(wěn)壓電源具有如下的優(yōu)點(diǎn)： (1) 功耗小 、 效率高 。 圖 81中其余部分是起電壓調(diào)節(jié) ， 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的控制部分 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 ? 控制電路的工作原理是：電源接上負(fù)載后，通過(guò)取樣電路獲得其輸出電壓，將此電壓與基準(zhǔn)電壓做比較后，將其誤差值放大，用于控制驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，使輸出電壓升高（或降低），以獲得一穩(wěn)定的輸出電壓。 開關(guān)電源的缺點(diǎn)主要是存在開關(guān)噪聲干擾。 開關(guān)管 V1和 V2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別為 ug1和 ug2， 由控制電路產(chǎn)生兩個(gè)互為反相的 PWM信號(hào) ， 如圖 85（ b） 所示 。 當(dāng) ug1和ug4為低電平 ， ug2與 ug3為高電平時(shí) ， 開關(guān)管 V2和 V3導(dǎo)通 ，V V4關(guān)斷 ， 變壓器原邊電壓為 uV1＝ Ui。對(duì)于極性相反 ， 串接在電源內(nèi)的差模干擾信號(hào) ， Lc產(chǎn)生的阻抗為零 ， 則由 Cd Ld 組成低通濾波器來(lái)抑制干擾信號(hào) 。 電感電流給定增大又導(dǎo)致電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓增大 ， 使得 PWM信號(hào)的占空比增大 ， 最后達(dá)到增大輸出電壓的目的 。 正常工作時(shí) ， 市電經(jīng)整流器變成直流后 ， 再經(jīng)逆變器變換成穩(wěn)壓 、 穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負(fù)載 。 (4) 保護(hù)性能介于在線式與離線式 UPS之間， 對(duì)市電噪聲和浪涌的抑制能力較差。 如果忽略這些脈動(dòng)成分 ， is為頻率與電源電壓 us頻率相同的正弦波 。 下面以單相橋式脈寬調(diào)制逆變器為例 ， 說(shuō)明它的基本工作原理 。 鑒相器也叫相位比較器 ， 它將周期性變化的輸入信號(hào)的相位 （ 從市電或本機(jī)振蕩獲得 ） 與反饋信號(hào)的相位 （ 從壓控振蕩器的輸出獲得 ） 進(jìn)行比較 ， 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于與兩信號(hào)相位差成正比的直流誤差電壓信號(hào) u(t)，該信號(hào)可以調(diào)整壓控振蕩器的頻率 ， 以達(dá)到與輸入信號(hào)同步的目的 。 為了防止環(huán)流的產(chǎn)生 ， 逆變器輸出電壓必須與市電同頻 、 同相 、 同幅度 。 APFC技術(shù)的基本思想是將輸入交流電進(jìn)行全波整流 ， 在整流電路與濾波電容之間加入 DC/DC變換電路 ， 通過(guò)適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動(dòng)跟隨輸入電壓的波形 ， 即使整流器的輸出電流跟隨它輸出的直流脈動(dòng)電壓波形且要保持儲(chǔ)能電容電壓穩(wěn)定 ， 從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入 ， 其原理如圖 827所示 。 I*s的幅值與輸出電壓 uC同給定電壓 U*c的差值有關(guān) ， 也與 ud的幅值有關(guān) 。 交流電網(wǎng)電壓在一個(gè)很大的范圍內(nèi)變化 ， 通過(guò)功率因數(shù)校正后的直流電壓都為一穩(wěn)壓的電壓源 ， 隨后再經(jīng)過(guò)變換滿足各種不同應(yīng)用的要求 。 因此 ， 凡是本身的工作會(huì)產(chǎn)生非線性 ， 引起電網(wǎng)電壓 、 電流畸變的電力電子裝置 ， 如果增加功率因數(shù)校正部分 ， 對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的效益是明顯的 ， 但對(duì)于用電器本身則會(huì)增大體積 ， 提高成本 。 V導(dǎo)通 ， 電感電流 iL增加 。 這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)檢測(cè)與監(jiān)控 ， 控制結(jié)果是使全波整流器的輸入功率因數(shù)近似為 1。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 絕大部分在線式 UPS除了具有同步方式外 ， 還具有非同步切換方式 。 為了提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性即改善動(dòng)態(tài)跟蹤性 ， 在低通濾波器之后加一個(gè)由比例積分放大器組成的調(diào)節(jié)器可改善捕捉過(guò)程中的調(diào)節(jié)性能 。 UPS中的逆變器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 818 UPS單相逆變電路 V3VD3V1VD1V4VD4V2VD2CUd＋－LTC＋－Uo＋ 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 818中 ， V V2和 V V4不能同時(shí)導(dǎo)通 ， 否則將使輸入直流電源短路 ， 這個(gè)電路只在 V1