【正文】 ■ 與傳統(tǒng)的基于電磁元件的電源相比，由于采用了 高頻的中間交流環(huán)節(jié) ，大大降低了電源的體積、重量，同時(shí)提高了電源效率、輸入功率因數(shù)，輸出控制性能也得到改善。 ◆ 目前基于電力電子變換器采用間接直流變換結(jié)構(gòu)的各種直流焊接電源由于其優(yōu)良的特性而得到了廣泛的應(yīng)用，這種焊接電源中由于存在高頻逆變環(huán)節(jié)，又常被稱為 逆變焊機(jī)電源 。 ◆ 具有高功率因數(shù)，因?yàn)樵陔娮渔?zhèn)流器中，具有采用功率因數(shù)校正電路。 ◆ 高頻電子鎮(zhèn)流器的輸出級(jí)電路通常采用 LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò) ，燈的啟動(dòng)通過(guò)LC電路發(fā)生串聯(lián)諧振，利用啟動(dòng)電容兩端產(chǎn)生的高壓脈沖將燈引燃，在燈啟動(dòng)之后，電感元件對(duì)燈起限流作用，由于電子鎮(zhèn)流器開(kāi)關(guān)頻率較高，故電感器只需要很小體積即可勝任。 ■ 電子鎮(zhèn)流器的原理 ◆ 電子鎮(zhèn)流器的核心是 高頻變換電路 。 62/70 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù) ■ 將電力電子技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，可以有效提高配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和供電可靠性，從而保障按照用戶所需供電，這就是所謂的“ 定制電力 ”或者“ 用戶電力 ”（ Custom Power）。 并聯(lián)型 61/70 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù) ■ 應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無(wú)功功率從而保障系統(tǒng)電壓的幅度，可以補(bǔ)償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不對(duì)稱、電壓幅度暫低（ voltage sag）和電壓閃變（ flicker）等各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問(wèn)題，這被稱為采用電力電子裝置的 電能質(zhì)量控制技術(shù) 。 60/70 電力系統(tǒng)諧波抑制 圖 1042 有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形 圖 1043 有源電力濾波器的變流電路 ◆ 有源電力濾波器的基本原理 ? 如圖 1042所示，有源電力濾波器檢測(cè)出負(fù)載電流 iL中的諧波電流 iLh，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生與 iLh大小相等而方向相反的補(bǔ)償電流 iC，從而使流入電網(wǎng)的電流 iS只含有基波分量 iLf。 59/70 電力系統(tǒng)諧波抑制 ■ 抑制諧波有兩條基本思路，一是 裝設(shè)補(bǔ)償裝置 ，設(shè)法補(bǔ)償其產(chǎn)生的諧波；另一條就是 對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn) ，使其不產(chǎn)生諧波，同時(shí)還不消耗無(wú)功功率，或者根據(jù)需要能對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制，即采用高功率因數(shù)變流器。 ? SVG的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng) SVC復(fù)雜，另外SVG要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價(jià)格目前仍比 SVC使用的普通晶閘管高得多。 圖 1041 SVG等效電路及工作原理 a） 單相等效電路 b） 工作相量圖 ?VS ?VI?VI ?VS57/70 無(wú)功功率控制 ◆ 與傳統(tǒng) SVC相比較 ? 傳統(tǒng)的以 TCR為代表的 SVC，由于其所能提供的最大電流分別是受其 并聯(lián)電抗器 和 并聯(lián)電容器 的阻抗特性限制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此 SVG的運(yùn)行范圍比傳統(tǒng) SVC大。 ? 采用電流型橋式電路的 SVG如圖 1040b，直流側(cè)采用的是 電感 ，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的 電容器 才能并入電網(wǎng)。 時(shí) TCR電路的負(fù)載相電流和輸入線電流的波形。 c) ?=160176。 ~180176。 ? 這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控， 響應(yīng)速度要慢一些 ，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。 圖 1035 TSC基本原理圖 a) 基本單元單相簡(jiǎn)圖 b) 分組投切單相簡(jiǎn)圖 51/70 無(wú)功功率控制 圖 1036 TSC理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明 ◆ TSC運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則 ? 該時(shí)刻 交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等 ，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。 ? 通過(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾?zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。 ? 短距離送電可采用基于 全控型電力電子器件 的電壓型變流器，性能更優(yōu)。 ? 兩極獨(dú)立運(yùn)行，當(dāng)一極停止運(yùn)行時(shí)，另一極以大地作回路還可以帶一半的負(fù)荷，這樣就提高了運(yùn)行的可靠性，也有利于分期建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)；單極高壓直流輸電系統(tǒng)只用一根傳輸導(dǎo)線（一般為負(fù)極），以大地或海水作為回路。 ? 經(jīng) 直流輸電線路 輸送到電能的接受端。同時(shí)控制電路通常只有一個(gè)輸出電壓控制閉環(huán)，簡(jiǎn)化了控制電路 ◆ 單級(jí) PFC變換器減少了元件的數(shù)量，但是，單級(jí) PFC變換器元件的額定值都比較高，所以單級(jí)PFC變換器僅在小功率時(shí)整個(gè)裝置的成本和體積才具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于大功率場(chǎng)合，兩級(jí) PFC變換器比較適合。 ◆ 工作原理 ? 開(kāi)關(guān)在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中按照一定的占空比導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入電源通過(guò)開(kāi)關(guān)給升壓電路中的 L1儲(chǔ)能，同時(shí) C1通過(guò)開(kāi)關(guān)給 反激變壓器 儲(chǔ)能。 ■ 單級(jí)變換器的優(yōu)點(diǎn) ◆ 開(kāi)關(guān)器件數(shù)減少，主電路體積及成本可以降低。 ◆ 由于升壓斬波電路的穩(wěn)壓作用，整流電路輸出電壓波動(dòng)顯著減小，使后級(jí) DCDC變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定，有利于提高控制精度和效率。 ◆ 該電路工作于 電流斷續(xù)模式 ，電路中電流峰值高，開(kāi)關(guān)器件的通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗都很大，因此適用于 3~6kW的中小功率電源中。 40/70 功率因數(shù)校正電路的基本原理 ABCC+SLALBLCD1 D3D5D2D4D6D7iAiBiCttoSotiATo nIA P圖 1031 三相單開(kāi)關(guān) PFC電路 圖 1032 三相單開(kāi)關(guān) PFC電路的工作波形 ■ 三相功率因數(shù)校正電路的基本原理 ◆ 電路是工作在電流不連續(xù)模式的升壓斬波電路， LA~LC的電流在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都是不連續(xù)的；電路中的二極管都采用 快速恢復(fù)二極管 ，電路的輸出電壓高于輸入線間電壓峰值。 ◆ 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開(kāi)關(guān)器件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同相的正弦波。 36/70 功率因數(shù)校正技術(shù) 功率因數(shù)校正電路的基本原理 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù) 37/70 功率因數(shù)校正技術(shù) 178。 a) b) 34/70 開(kāi)關(guān)電源的控制方式 +S iRiL+Ui niLL+uSuc oiLiRe0M1M2MSuSS圖 1029 平均電流模式控制的原理 a) b) √峰值電流模式控制的不足：該方法控制電感電流的峰值，而不是電感電流的平均值，且二者之間的差值隨著 M1和M2的不同而改變，這對(duì)很多需要精確控制電感電流平均值的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不能允許的；峰值電流模式控制電路中將電感電流直接與電流給定信號(hào)相比較，但電感電流中通常含有一些開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生的噪聲信號(hào)，容易 造成比較器的誤動(dòng)作 ，使電感電流發(fā)生不規(guī)則的波動(dòng)。 ◆ 其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是不能有效的控制電路中的電流。 ◆ 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(jī)中每塊電路板，電路板上都有自己的 DCDC變換器，將 48V轉(zhuǎn)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(shí)候交換機(jī)還能正常工作 。 ◆ 負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器 (POLPoint Of the Load regulator) ? 僅僅為 1個(gè)專門(mén)的元件（通常是一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片）供電的直流－直流變換器。 ◆ 高頻逆變－變壓器－高頻整流電路 是開(kāi)關(guān)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。 ◆ 圖 1021所示為 開(kāi)關(guān)電源 ，先整流濾波、后經(jīng)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。 引言 ■ 在各種電子設(shè)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。 ◆ 使用 GTO的大容量 UPS主電路 ? 逆變器部分采用 PWM控制，具有 調(diào)節(jié)電壓 和 改善波形 的功能。 25/70 不間斷電源 圖 1016 具有旁路開(kāi)關(guān)的 UPS系統(tǒng) 圖 1017 用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的 UPS ◆ 為保證市電異?；蚰孀兤鞴收蠒r(shí)負(fù)載供電的切換，實(shí)際的 UPS產(chǎn)品中多數(shù)都設(shè)置了 旁路開(kāi)關(guān) ，如圖 1016所示，市電與逆變器提供的 CVCF電源由轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 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(shí)，必須保證兩個(gè)電壓的相位一致，通常采用 鎖相同步 的方法。 ◆ 直接轉(zhuǎn)矩控制 ? 直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于電機(jī)的 動(dòng)態(tài)模型 ，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直 接采用了轉(zhuǎn)矩反饋，并采用 砰 — 砰控制 ，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并且 控制相對(duì)要簡(jiǎn)單許多。 ? 這種方法是基于 電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型 的，仍然不能得到理想的動(dòng)態(tài)性能。 22/70 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式 ■ 籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子頻率控制方式 ◆ 恒壓頻比控制 ? 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速主要由電源頻率和極對(duì)數(shù)決定，改變電源（定子）頻率可對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，同時(shí)為了不使電動(dòng)機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而造成勵(lì)磁電流增大，引起功率因數(shù)和效率的降低，需對(duì)變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)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 1010是整流電路和逆變電路都采用PWM控制的間接交流變流電路，可簡(jiǎn)稱 雙PWM電路 ，該電路輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行，但由于整流、逆變部分均為 PWM控制且需要采用全控型器件，控制較復(fù)雜，成本也較高。 ? 其整流部分采用的是不可控整流，它和電容器之間的直流電壓和直流電流極性不變，只能由電源向直流電路輸送功率，而不能由直流電路向電源反饋電力。 ■ 交流電機(jī)的控制技術(shù)較為復(fù)雜，對(duì)所需的電力電子變換器要求也較高，所以直到近二十年時(shí)間，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)才得到迅速的發(fā)展，其應(yīng)用已在逐步取代傳統(tǒng)的直流傳動(dòng)系統(tǒng)。 ■ 交流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ◆ 克服了直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)。 17/70 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 交直交變頻器 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式 18/70 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) 178。 ? 電動(dòng)機(jī)從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，其過(guò)程則由第 3象限經(jīng)第 4象限最終運(yùn)行在第 1象限上。 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) ?MM正 組 反 組正 組LLc 1Lc 2LEMEMabcabcabca ) b )MEMMEMMEMMEM++++++++電 能電 能電 能 電 能電 網(wǎng)電 網(wǎng)電 網(wǎng)電 網(wǎng)+nnIdIdIdId正 組 反 組正 組反 組正 組 反 組正 組 反 組+ TTUd?Ud?Ud?Ud?正 轉(zhuǎn) 整 流反 轉(zhuǎn) 整 流正 轉(zhuǎn) 逆 變反 轉(zhuǎn) 逆 變電 動(dòng) 運(yùn) 行電 動(dòng) 運(yùn) 行發(fā) 電 運(yùn) 行發(fā) 電 運(yùn) 行c )反 組圖 106 兩組變