【正文】 3 a 2 a 1 I d a 4 b 2 b 3 b 4 b 1 a = b = p 2 a 39。= p 2 b 39。 2 b 39。 4 a 39。 3 a 39。 1 a 1 = b 39。 a 39。 2 。 2 = b 2 a 增大方向 39。 a 增大方向 b 增大方向 圖 105 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 ◆ 上式的負(fù)號(hào)表示逆變時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與整流時(shí)相反； 調(diào)節(jié) ?就可改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速 ， ?值愈 小，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速愈高；反之則轉(zhuǎn)速愈低。 (1013) (1014) (1015) 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 13/21 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 正組變流器 反組變流器 n a 3 a 2 a 1 I d a 4 β 2 β 3 β 4 β 1 a = β = π 2 a 39。= π 2 b 39。 2 β 39。 4 a 39。 3 a 39。 1 a 1 = b 39。 a 39。 2 。 2 = b 2 a 增大方向 39。 a 增大方向 β 增大方向 圖 105 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 ◆ 圖 105中右下的虛線以左的部分為逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，其特點(diǎn)是： 理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多 ， 機(jī)械特性變軟 ， 且呈現(xiàn)非線性 。 ◆ 第 第 4象限中的特性和第 第 2象限中的特性是分別屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標(biāo)以 正組 和 反組變流器 。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 14/21 ■ 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) ◆ 電路結(jié)構(gòu) ? 圖 106a是 有環(huán)流 接線，圖 106b是 無環(huán)流 接線，環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過負(fù)載的電流。 ◆ 四象限運(yùn)行時(shí)的工作情況 ? 第 1象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，?1?/2， EMUd? （下標(biāo)中有 ?表示整流，下標(biāo) 1表示正組橋，下標(biāo) 2表示反組橋）。 ? 第 3象限 ，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整流狀態(tài)，?2?/2， EMUd?。 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 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 16/21 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) MEMMEMMEMMEM++++++++電 能電 能電 能 電 能電 網(wǎng)電 網(wǎng)電 網(wǎng)電 網(wǎng)nIdIdIdId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 )圖 106 (c) ◆ 直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，能方便地實(shí)現(xiàn) 正反向運(yùn)轉(zhuǎn) 外，還能實(shí)現(xiàn) 回饋制動(dòng) 。 √改變 2組橋的逆變角 ?，使之由小變大直至 ?=?/2（ n=0），如繼續(xù)增大 ?，即??/2， 2組橋?qū)⑥D(zhuǎn)入整流狀態(tài)下工作，電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn)進(jìn)入第 3象限的電動(dòng)運(yùn)行。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 17/21 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) ◆ 根據(jù)對(duì)環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為幾種不同的控制方案，如 配合控制有環(huán)流（即 ?=?工作制）、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯(cuò)位控制無環(huán)流 等。 ? 工程上使用較廣泛的 邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng) 不設(shè)置環(huán)流電抗器，控制原則是：兩組橋在任何時(shí)刻只有一組投入工作（另一組關(guān)斷），所以在兩組橋之間就不存在環(huán)流；變流器之間的切換過程是由邏輯單元控制的，故稱為邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。引言 ■ 直流調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn) ◆ 受使用環(huán)境條件制約。 ◆ 最高速度和容量受限制。 ◆ 交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。 ◆ 高精度，快速響應(yīng) 。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 20/21 交直交變頻器 ■ 交直交變頻器 （ Variable Voltage Variable Frequency，簡(jiǎn)稱 VVVF電源 ）是由AC/DC、 DC/AC兩類基本的變流電路組合形成，又稱為間接交流變流電路，最主要的優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率不再受輸入電源頻率的制約。 ◆ 圖 107所示的電壓型交直交變頻電路不能再生反饋電力。 ? 逆變電路的能量是可以雙向流動(dòng)的，若負(fù)載能量反饋到中間直流電路，而又不能反饋回交流電源，這將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為 泵升電壓 ，泵升電壓過高會(huì)危及整個(gè)電路的安全。 ? 圖 109所示的電路增加了一套 變流電路 ，使其工作于有源逆變狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的再生制動(dòng)；當(dāng)負(fù)載回饋能量時(shí)，中間直流電壓極性不變，而電流反向，通過控制變流器將電能反饋回電網(wǎng)。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 22/21 交直交變頻器 圖 1011 采用可控整流的電流型間接交流變流電路 圖 1012 電流型交 — 直 — 交 PWM變頻電路 圖 1013 整流和逆變均為 PWM控制的電流型間接交流變流電路 ? 圖 1011給出了可以再生反饋電力的電流型間接交流變流電路，當(dāng)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，中間直流電路的電流極性不能改變，要實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，只需調(diào)節(jié)可控整流電路的觸發(fā)角，使中間直流電壓反極性即可。 ? 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(shí)的過電壓，在交流電源側(cè)和交流負(fù)載側(cè)都設(shè)置了電容器；可四象限運(yùn)行，同時(shí)通過對(duì)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。 圖 1014 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖 ? 圖 1014給出了一個(gè)實(shí)例，轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)節(jié)加減速度的頻率 f指令值，同時(shí)經(jīng)過適當(dāng)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(jī)的轉(zhuǎn)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(hào)反映極性。 ? 從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型可以證明，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率 ?s成正比，因此，控制 ?s就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率 ?1= ?r+ ?s ，則 ?1隨實(shí)際轉(zhuǎn)速 ?r增加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍和動(dòng)態(tài)性能。 ◆ 矢量控制 ? 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是 高階 、 非線性 、 強(qiáng)耦合 的 多變量系統(tǒng) 。 ? 該方式需要 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和磁鏈的解耦 ，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 25/21 不間斷電源 ■ 不間斷電源 （ Uninterruptible Power Supply — UPS）是當(dāng)交流輸入電源（習(xí)慣稱為市電）發(fā)生異?；驍嚯姇r(shí)，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的裝置。 圖 1015 UPS基本結(jié)構(gòu)原理圖 ■ UPS的結(jié)構(gòu)原理 ◆ 圖 1015給出了 UPS最基本的結(jié)構(gòu)原理 ? 基本工作原理是，當(dāng)市電正常時(shí)，由市電供電，當(dāng)市電異常乃至停電時(shí)，由蓄電池向逆變器供電，因此從負(fù)載側(cè)看，供電不受市電停電的影響；在市電正常時(shí)，負(fù)載也可以由逆變器供電，此時(shí)負(fù)載得到的交流電壓比市電電壓質(zhì)量高，即使市電發(fā)生質(zhì)量問題（如電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、波形畸變和瞬時(shí)停電等）時(shí)，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 。 ◆ 在市電斷電時(shí)由于由蓄電池提供電能，供電時(shí)間取決于蓄電池容量的大小，有很大的局限性，為了保證長(zhǎng)時(shí)間不間斷供電，可采用 柴油發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱油機(jī)）作為后備電源 ，如圖 1017所示，蓄電池只需作為市電與油機(jī)之間的過渡，容量可以比較小。 ? 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。 ? 為減少 GTO的開關(guān)損耗，采用較低的開關(guān)頻率 。 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 28/21 開關(guān)電源 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) 開關(guān)電源的控制方式 開關(guān)電源的應(yīng)用 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 29/21 開關(guān)電源 12V、 177。 ■ 線性電源和開關(guān)電源 ◆ 圖 1020所示為 線性電源 ，先用工頻變壓器降壓，然后經(jīng)過整流濾波后，由線性調(diào)壓得到穩(wěn)定的輸出電壓。 ◆ 開關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基本取代了線型電源，成為電子設(shè)備供電的主要電源形式。 ◆ 整流電路普遍采用二極管構(gòu)成的橋式電路，直流側(cè)采用大電容濾波，較為先進(jìn)的開關(guān)電源采用有源的功率因數(shù)校正(Power Factor Correction PFC)電路。 ◆ 高性能開關(guān)電源中普遍采用了 軟開關(guān)技術(shù) 。 ++圖 1023 多路輸出的整流電路 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高 高高 高 高 高高 高高 高高 高高 高高 高高 高高 高高 高高 高高 高曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 31/21 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) ■ 直流輸入的開關(guān)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。 ? 計(jì)算機(jī)主板上給 CPU和存儲(chǔ)器供電的電源都是典型的 POL。 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 曲阜師范大學(xué) 新能源技術(shù)研究所 32/21 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu) A C D CA C D C4 8 V 直 流 母 線D C D CD C D C交 流電 網(wǎng)負(fù) 載負(fù) 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(jī)、巨型計(jì)算機(jī)等復(fù)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(gè)開關(guān)電源完成，因此出現(xiàn)了 分布式的電源系統(tǒng) 。 ◆ 一次電源采用多個(gè)開關(guān)電源并聯(lián)的方案，每個(gè)開關(guān)電源僅僅承擔(dān)一部分功率，并聯(lián)運(yùn)行的每個(gè)開關(guān)電源有時(shí)也被成稱為“ 模塊 ”，當(dāng)其中個(gè)別模塊發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)還能夠繼續(xù)運(yùn)行，這被稱為“ 冗余 ”。 ■ 電壓模式控制 ◆ 圖 1026 所示即為電壓模式控制，僅有一個(gè)輸出 電壓反饋控制環(huán) 。 ■ 電流模式控制 ◆ 在電壓反饋環(huán)內(nèi)增加了 電流反饋控制環(huán) ，電壓控制器的輸出信號(hào)作為電流環(huán)的參考信號(hào)，給這一信號(hào)設(shè)置限幅，就可以限值電路中的最大電流，達(dá)到短路和過載保護(hù)的目的，還可以實(shí)現(xiàn)恒流控制。 √基本的原理：開關(guān)的開通由 時(shí)鐘 CLK信號(hào) 控制， CLK信號(hào)每隔一定的時(shí)間就使 RS觸發(fā)器 置位，使開關(guān)開通；開關(guān)開通后 iL上升，當(dāng) iL達(dá)到電流給定值 iR后，比較器輸出信號(hào)翻轉(zhuǎn)，并復(fù)位 RS觸發(fā)器，使開關(guān)關(guān)斷。 ? 平均電流模式控制 √平均電流模式控制采用 PI調(diào)節(jié)器 作為電流調(diào)節(jié)器，并將調(diào)節(jié)器輸出的控制量 uc與鋸齒波信號(hào) uS相比較，得到周期固定、占空比變化的PWM信號(hào)，用以控制開關(guān)的通與斷。 ■ 開關(guān)電源還可以用于蓄電池充電、電火花加工，電鍍、