【正文】 正比 ，因此輸入電流經(jīng)濾波后將近似為正弦波。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 41/21 功率因數(shù)校正電路的基本原理 ABCC+SLALBLCD1 D3D5D2D4D6D7iAiBiCttoSotiATo nIA P圖 1031 三相單開關(guān) PFC電路 圖 1032 三相單開關(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。 ◆ 原理 ? 給定信號(hào) 和實(shí)際的直流電壓 ud比較后送入 PI調(diào)節(jié)器 ，得到指令信號(hào) id， id和整流后正弦電壓相乘得到輸入電流的指令信號(hào) i*，該指令信號(hào)和實(shí)際電感電流信號(hào)比較后，通過 滯環(huán) 對(duì)開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可使輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。 ◆ 有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開關(guān)器件構(gòu)成的開關(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。 ■功率因數(shù)校正 PFC (Power Factor Correction)技術(shù)即對(duì)電流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波的技術(shù)，分成 無源功率因數(shù)校正 和 有源功率因數(shù)校正 兩種。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 37/21 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) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 38/21 功率因數(shù)校正技術(shù) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 36/21 開關(guān)電源的應(yīng)用 ■ 開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器，以及家電等，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)的電源，電視機(jī)、 DVD播放機(jī)的電源，以及家用空調(diào)器、電冰箱的電腦控制電路的電源等，這些電源功率通常僅有幾十 W～幾百 W；手機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備的充電器也是開關(guān)電源，但功率僅有幾 W；通信交換機(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等大型設(shè)備的電源也是開關(guān)電源，但功率較大，可達(dá)數(shù) kW～數(shù)百 kW；工業(yè)上也大量應(yīng)用開關(guān)電源，如數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化流水線中，采用各種規(guī)格的開關(guān)電源為其控制電路供電。 a) b) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 35/21 開關(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關(guān)電源來說是不能允許的；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關(guān)過程產(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)。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 34/21 開關(guān)電源的控制方式 + RSSiRiS+Ui niSiLLC L KQC L KSiSt0t1t20iR0iLiR圖 1028 峰值電流模式控制的原理 ? 峰值電流模式控制 √峰值電流模式控制系統(tǒng)中電流控制環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖 1028a所示，主要的波形如圖 1028b所示。 ◆ 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。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 33/21 開關(guān)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(guān)電源的控制系統(tǒng) 圖 1027 電流模式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ■ 典型的開關(guān)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(diào)整控制量 vc。 ◆ 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 。 ◆ 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(jīng)常采用 同步 Buck (Sync Buck)電路 ，該電路的結(jié)構(gòu)為 Buck，但二極管也采用 MOSFET，利用其低導(dǎo)通電阻的特點(diǎn)來降低電路中的通態(tài)損耗，其原理類似同步整流電路。 ◆ 負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器 (POLPoint Of the Load regulator) ? 僅僅為 1個(gè)專門的元件（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。 ◆ 可以采用給高頻變壓器設(shè)計(jì) 多個(gè)二次側(cè)繞組 的方法來實(shí)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(fù)載變化時(shí)，其它路的電壓也會(huì)跟著變化。 ◆ 高頻逆變－變壓器－高頻整流電路 是開關(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。 +Vr e f~ 2 2 0 V~ 2 2 0 V圖 1020 線性電源的基本電路結(jié)構(gòu) 圖 1021 半橋型開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 30/21 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 圖 1022 開關(guān)電源的能量變換過程 ■ 交流輸入的開關(guān)電源 ◆ 交流輸入、直流輸出的開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。 ◆ 圖 1021所示為 開關(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。 15V等，這就需要專門設(shè)計(jì)電源裝置來提供這些電壓，通常要求電源裝置能達(dá)到一定的 穩(wěn)壓精度 ，還要能夠提供 足夠大的電流 。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、 、 等，模擬電路需要 177。 ? 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。 ◆ 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。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 27/21 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(jié)構(gòu) ◆ 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) 。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 26/21 不間斷電源 圖 1016 具有旁路開關(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 旁路開關(guān) ，如圖 1016所示，市電與逆變器提供的 CVCF電源由轉(zhuǎn)換開關(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。 ■ 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(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種對(duì)交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場(chǎng)合。 ◆ 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。 ? 矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 ，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨(dú)立地對(duì)兩個(gè)電流分量進(jìn)行控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式。 ? 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。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 24/21 交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制方式 ◆ 轉(zhuǎn)差頻率控制 ? 為轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制方式，可提高調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 23/21 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 1012給出了實(shí)現(xiàn)基于上述原理的電路圖，為適用于 較大容量的場(chǎng)合 ，將主電路中的器件換為 GTO，逆變電路輸出端的電容 C是為吸收 GTO關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的過電壓而設(shè)置的，它也可以對(duì)輸出的 PWM電流波形起濾波作用。 ? 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。 圖 107 不能再生反饋的電壓型間接交流變流電路 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 21/21 交直交變頻器 圖 108 帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路 圖 109 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反饋的電壓型間接交流變流電路 圖 1010 整流和逆變均為 PWM控制的電壓型間接交流變流電路 ◆ 使電路具備再生反饋電力能力的方法 ? 圖 108的電路中加入一個(gè)由電力晶體管 V0和能耗電阻 R0組成的 泵升電壓限制電路 ，當(dāng)泵升電壓超過一定數(shù)值時(shí)，使 V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反饋的能量消耗在 R0上，這種電路可運(yùn)用于對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)間有一定要求的調(diào)速系統(tǒng)中。 ? 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。 ■ 再生反饋電力的能力 ◆ 當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)需要頻繁、快速制動(dòng)時(shí)，通常要求具有 再生反饋電力的能力 。 ■ 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)。 ◆ 節(jié)能。 ■ 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)。 ◆ 需要定期維護(hù)。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 18/21 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 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 19/21 變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng) ? 對(duì)于 ?=?配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)正、反兩組變流器同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證 ?=?的配合控制關(guān)系，兩組變流器的輸出電壓平均值相等，且極性相抵，之間沒有直流環(huán)流； 但輸出電壓瞬時(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生 脈動(dòng)環(huán)流 ，為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過而使電源短路，必須串入 環(huán)流電抗器 LC限制環(huán)流。 ? 電動(dòng)機(jī)從反轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)，其過程則由第3象限經(jīng)第 4象限最終運(yùn)行在第 1象限上。 ? 由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的過程 √從 1組橋切換到 2組橋工作，并要求 2組橋在逆變狀態(tài)下工作，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入第 2象限（之前運(yùn)行在第 1象限）作正轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，電磁轉(zhuǎn)矩變成制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的機(jī)械能經(jīng) 2組橋逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。 ? 第 4象限 ，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，正組橋工作在逆變狀態(tài)， ?1?/2(?1?/2) ， EMUd? 。 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) MM正 組 反 組正 組LLc 1Lc 2LE