【文章內容簡介】 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 PWM電路，為了吸收換流時的過電壓，在交流電源側和交流負載側都設置了電容器；可四象限運行，同時通過對整流電路的PWM控制可使輸入電流為正弦波，并使輸入功率因數(shù)為 1。 21/60 交流電機變頻調速的控制方式 ◆ 籠型異步電動機的定子頻率控制方式 ● 恒壓頻比控制 ▲ 異步電動機的轉速主要由電源頻率和極對數(shù)決定，改變電源（定子）頻率可對電動機進行調速，同時為了不使電動機因頻率變化導致磁飽和而造成勵磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比率進行控制，使該比率保持恒定，即恒壓頻比控制，以維持 氣隙磁通為額定值 。 圖 1014 采用恒壓頻比控制的變頻調速系統(tǒng)框圖 ▲ 圖 1014給出了一個實例，轉速給定既作為調節(jié)加減速度的頻率 f指令值，同時經過適當分壓，也被作為定子電壓 V1的指令值，該 f指令值和 V1指令值之比就決定了 V/f比值 ，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；電機的轉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信號反映極性。 22/60 交流電機變頻調速的控制方式 ● 轉差頻率控制 ▲ 為轉速閉環(huán)的控制方式，可提高調速系統(tǒng)的動態(tài)性能。 ▲ 從異步電機穩(wěn)態(tài)模型可以證明，當穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時，電磁轉矩近似與轉差角頻率 ?s成 正比，因此，控制 ?s就相當于控制轉矩，采用轉速閉環(huán)的轉差頻率控制，使定子頻率 ?1= ?r+ ?s ，則 ?1隨實際轉速 ?r增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調速，保證了較高的調速范圍和動態(tài) 性能。 ▲ 這種方法是基于 電機穩(wěn)態(tài)模型 的，仍然不能得到理想的動態(tài)性能。 ● 矢量控制 ▲ 異步電動機的數(shù)學模型是 高階 、 非線性 、 強耦合 的 多變量系統(tǒng) 。 ▲ 矢量控制方式基于異步電機的按轉子磁鏈定向的 動態(tài)數(shù)學模型 ，將定子電流分解為勵磁 分量和與此垂直的轉矩分量，參照直流調速系統(tǒng)的控制方法，分別獨立地對兩個電流分量進 行控制，類似直流調速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。 ▲ 該方式需要 實現(xiàn)轉速和磁鏈的解耦 ，控制系統(tǒng)較為復雜。 ● 直接轉矩控制 ▲ 直接轉矩控制方法同樣是基于電機的 動態(tài)模型 ，其控制閉環(huán)中的內環(huán)，直接采用了轉矩 反饋，并采用 砰 —砰控制 ，可以得到轉矩的快速動態(tài)響應，并且控制相對要簡單許多。 23/60 不間斷電源 ◆ 不間斷電源（ Uninterruptible Power Supply — UPS）是當交流輸入電源（習慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負載供電，并能保證供電質量，使負載供電不受影響的裝置。 ◆ 廣義地說， UPS包括輸出為直流和輸出為交流兩種情況，目前通常是指輸出為交流的情況 UPS是 恒壓恒頻（ CVCF）電源 中的主要產品之一，廣泛應用于各種對交流供電可靠性和供電質量要求高的場合。 圖 1015 UPS基本結構原理圖 ◆ UPS的結構原理 ● 圖 1015給出了 UPS最基本的結構原理 ▲ 基本工作原理是，當市電正常時，由市電供電，當市電異常乃至停電時，由蓄電池向逆變器供電，因此從負載側看，供電不受市電停電的影響；在市電正常時，負載也可以由逆變器供電，此時負載得到的交流電壓比市電電壓質量高，即使市電發(fā)生質量問題（如電壓波動、頻率波動、波形畸變和瞬時停電等）時，也能獲得正常的恒壓恒頻的正弦波交流輸出，并且具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的性能，因此也稱為 穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源 。 24/60 不間斷電源 圖 1016 具有旁路開關的 UPS系統(tǒng) 圖 1017 用柴油發(fā)電機作為后備電源的 UPS ● 為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r負載供電的切換，實際的 UPS產品中多數(shù)都設置了 旁路開關 ，如圖 1016所示，市電與逆變器提供的CVCF電源由轉換開關 S切換；還需注意的是，在市電旁路電源與 CVCF電源之間切換時，必須保證兩個電壓的相位一致，通常采用 鎖相同步 的方法。 ● 在市電斷電時由于由蓄電池提供電能，供電時間取決于蓄電池容量的大小，有很大的局限性，為了保證長時間不間斷供電，可采用 柴油發(fā)電機（簡稱油機）作為后備電源 ，如圖 1017所示，蓄電池只需作為市電與油機之間的過渡，容量可以比較小。 25/60 不間斷電源 圖 1018 小容量 UPS主電路 圖 1019 大功率 UPS主電路 ◆ UPS的主電路結構 ● 容量較小的 UPS主電路 ▲ 整流部分使用二極管整流器和直流斬波器（用作 PFC），可獲得較高的 交流輸入功率因數(shù) 。 ▲ 由于逆變器部分使用 IGBT并采用PWM控制 ，可獲得良好的控制性能。 ● 使用 GTO的大容量 UPS主電路 ▲ 逆變器部分采用 PWM控制，具有 調節(jié)電壓 和 改善波形 的功能。 ▲ 為減少 GTO的開關損耗，采用 較低的開關頻率 。 ▲ 輸出電壓中所含的最低次諧波為 11次，從而使交流濾波器小型化。 26/60 開關電源 開關電源的結構 開關電源的控制方式 開關電源的應用 27/60 開關電源 178。 引言 ◆ 在各種電子設備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要 5V、 、 ，模擬電路需要 177。 12V、 177。 15V等，這就需要專門設計電源裝置來提供這些電壓，通常要求電源裝置能達到一定的穩(wěn)壓精度，還要能夠提供足夠大的電流。 ◆ 線性電源和開關電源 ● 圖 1020所示為 線性電源 ，先用工頻變壓器降壓，然后經過整流濾波后，由線性調壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。 ● 圖 1021所示為 開關電源 ，先整流濾波、后經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。 ● 開關電源在效率、體積和重量等方面都遠遠優(yōu)于線性電源，因此已經基本取代了線型電源，成為電子設備供電的主要電源形式。 +Vr e f~ 2 2 0 V~ 2 2 0 V圖 1020 線性電源的基本電路結構 圖 1021 半橋型開關電源電路結構 28/60 開關電源的結構 ++變 壓 器高 頻整 流濾 波 器直 流高 頻交 流高 頻交 流脈 動 直 流直 流高 頻逆 變整 流電 路工 頻交 流圖 1022 開關電源的能量變換過程 ◆ 交流輸入的開關電源 ● 交流輸入、直流輸出的開關電源將交流電轉換為直流電。 ● 整流電路普遍采用二極管構成的橋式電路，直流側采用大電容濾波，較為先進的開關電源采用有源的功率因數(shù)校正 (Power Factor Correction PFC)電路。 ● 高頻逆變－變壓器－高頻整流電路 是開關電源的核心部分，具體的電路采用的是隔離型直流直流變流電路。 ● 高性能開關電源中普遍采用了 軟開關技術 。 ● 可以采用給高頻變壓器設計 多個二次側繞組 的方法來實現(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，但是僅能選擇 1路作為輸出電壓反饋，因此也就只有這 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，而且其中 1路的負載變化時，其它路的電壓也會跟著變化。 圖 1023 多路輸出的整流電路 29/60 開關電源的結構 ◆ 直流輸入的開關電源 ● 也稱為 直流－直流變換器 (DCDC Converter)，分為 隔離型 和 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 Buck、 Boost、 BuckBoost等電路。 ● 負載點穩(wěn)壓器 (POLPoint Of the Load regulator) ▲ 僅僅為 1個專門的元件（通常是一個大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流－直流變換器。 ▲ 計算機主板上給 CPU和存儲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 POL的輸出電壓往往較低，為了提高效率，經常采用 同步 Buck (Sync Buck)電路 ，該電路的結構為 Buck，但二極管也采用 MOSFET，利用其低導通電阻的特點來降低電路中的通態(tài)損耗，其原理類似同步整流電路。 輸 入輸 出輸 入輸 出圖 1024 a)同步降壓電路 圖 1024 b)同步升壓電路 30/60 開關電源的結構 A C D CA C D C4 8 V 直 流 母 線D C D CD C D C交 流電 網負 載負 載一 次 電 源二 次 電 源圖 1025 通信電源系統(tǒng) ◆ 分布式電源系統(tǒng) ● 在通信交換機、巨型計算機等復雜的電子裝置中，供電的路數(shù)太多，總功率太大，難以用一個開關電源完成，因此出現(xiàn)了 分布式的電源系統(tǒng) 。 ● 如圖 1025，一次電源完成交流－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中每塊電路板，電路板上都有自己的DCDC變換器，將 48V轉換為電路所需的各種電壓；大容量的蓄電池組保證停電的時候交換機還能正常工作 。 ● 一次電源采用多個開關電源并聯(lián)的方案，每個開關電源僅僅承擔一部分功率，并聯(lián)運行的每個開關電源有時也被成稱為“ 模塊 ”，當其中個別模塊發(fā)生故障時，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運行，這被稱為“ 冗余 ”。 31/60 開關電源的控制方式 控 制 器u*+ufLCRLV c c＋－P W M 比 較 器鋸 齒 波evcLCV c c電 流 控 制 器u*+ufe電 壓 控 制 器i*+ifRL圖 1026 開關電源的控制系統(tǒng) 圖 1027 電流模式控制系統(tǒng)的結構 ◆ 典型的開關電源控制系統(tǒng)如圖 1026 所示，采用 反饋控制 ，控制器根據(jù)誤差 e來調整控制量 vc。 ◆ 電壓模式控制 ● 圖 1026 所示即為電壓模式控制，僅有一個輸出 電壓反饋控制環(huán) 。 ● 其優(yōu)點是結構簡單，但有一個顯著的缺點是不能有效