電力電子-陳堅-第9章 多級組合

1、第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 1電力電子學電力電子學電力電子變換和控制技術(shù)電力電子變換和控制技術(shù)（第三版）（第三版）陳陳 堅堅 編著編著華中科技大學華中科技大學第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 29.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電

2、路組合型電力電子變換電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 3組合型電力電子變換電源組合型電力電子變換電源主主要要特特點點滿足高檔負載的供電要求滿足高檔負載的供電要求減小對其供電電源的負面影響減小對其供電電源的負面影響可能比一級變換電源裝置（如帶工頻變壓器可能比一級變換電源裝置（如帶工頻變壓器的變換器）重量更輕、體積更小、效率更高的變換器）重量更輕、體積更小、效率更高第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 49.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流

3、異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 5變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 傳統(tǒng)發(fā)電（同步發(fā)電機發(fā)電）轉(zhuǎn)子運行在同轉(zhuǎn)子運行在同步轉(zhuǎn)速，同時步轉(zhuǎn)速，同時定子側(cè)交流電定子側(cè)交流電壓的頻率恒定壓的頻率恒定恒速、恒頻交恒速、恒頻交流發(fā)電流發(fā)電雙饋風力發(fā)電轉(zhuǎn)子并不運行

4、轉(zhuǎn)子并不運行在同步轉(zhuǎn)速，在同步轉(zhuǎn)速，但定子側(cè)交流但定子側(cè)交流電壓的頻率恒電壓的頻率恒定定變速、恒頻交變速、恒頻交流發(fā)電流發(fā)電第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 6直驅(qū)型永磁同步電機風力發(fā)電系統(tǒng)直驅(qū)型永磁同步電機風力發(fā)電系統(tǒng) AC/DCDC/DCDC/ACAC/DCDC/DCDC/AC三級變換系統(tǒng)三級變換系統(tǒng)第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 7直驅(qū)型永磁同步電機風力發(fā)電系統(tǒng)直驅(qū)型永磁同步電機風力發(fā)電系統(tǒng) 2. AC/DCDC/AC2. AC/DCDC/AC兩級變換系統(tǒng)兩級變換系統(tǒng)第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 8繞線型轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋異步電機風力發(fā)

5、電系統(tǒng)繞線型轉(zhuǎn)子交流勵磁雙饋異步電機風力發(fā)電系統(tǒng) 雙饋發(fā)電電機為繞線式異步電機變流器輸出頻率f2、電壓V2的三相交流電流i2給三相轉(zhuǎn)子繞組發(fā)電機的定子向電網(wǎng)送電（饋電）需要升速齒輪箱第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 9變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)小結(jié)變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng)小結(jié)直驅(qū)型發(fā)電雙饋型發(fā)電不需要增速齒輪箱變流器的功率應按發(fā)電機全功率設計需要增速齒輪箱變流器功率為變速范圍的轉(zhuǎn)差功率第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 109.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5

6、 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 11太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 特點光伏電池輸出的電壓較低，容量小，需要串、光伏電池輸出的電壓較低，容量小，需要串、并聯(lián)組合使用并聯(lián)組合使用太陽能電池單元的輸出電壓、電流伏安特性太陽能電池單元的輸出電壓、電流伏安特性和輸出功率特性受太陽光照強度和溫度影

7、響和輸出功率特性受太陽光照強度和溫度影響-設計有最大功率點跟蹤控制（設計有最大功率點跟蹤控制（MPPT） 常在發(fā)電系統(tǒng)中引入儲能裝置常在發(fā)電系統(tǒng)中引入儲能裝置第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 129.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合型電力電子變換

8、電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 13晶閘管相控整流晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng)有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 交流輸電直流輸電輸電距離、容量受限輸電距離、容量受限長距離輸電電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定降低長距離輸電電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定降低輸電距離、容量不受限輸電距離、容量不受限不存在因傳輸功率過大而引起發(fā)電不存在因傳輸功率過大而引起發(fā)電機運行不穩(wěn)定問題機運行不穩(wěn)定問題需要需要3根輸電線，線路損耗較大根輸電線，線路損耗較大需要需要2根輸電線，線路損耗較大根輸電線，線路損耗較大能把兩個不同頻率的交流電力系統(tǒng)能把兩個不同頻率的交流電力系統(tǒng)連接

9、在一起相互交換功率連接在一起相互交換功率第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 14晶閘管相控整流晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng)有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 15晶閘管相控整流晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng)有源逆變的直流輸電系統(tǒng)( (續(xù)續(xù)) ) 直流輸電實現(xiàn)輸電線的首端采用高壓晶閘管相控整流器，把輸電線的首端采用高壓晶閘管相控整流器，把交流電變?yōu)橹绷麟娊涣麟娮優(yōu)橹绷麟娸旊娋€末端采用高壓晶閘管相控有源逆變器把輸電線末端采用高壓晶閘管相控有源逆變器把直流電變?yōu)榻涣麟娭绷麟娮優(yōu)榻涣麟娬髌?、逆變器中晶閘管由很多晶閘管串聯(lián)構(gòu)整流器、逆變

10、器中晶閘管由很多晶閘管串聯(lián)構(gòu)成，并由多個三相橋變換器組合，構(gòu)成復合型成，并由多個三相橋變換器組合，構(gòu)成復合型高壓、大功率整流器、逆變器高壓、大功率整流器、逆變器缺點：輸電系統(tǒng)存在嚴重的諧波，且功率因數(shù)低輸電系統(tǒng)存在嚴重的諧波，且功率因數(shù)低第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 169.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.

11、8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 17轉(zhuǎn)速：交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng)交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) 60(1)(1)sspfNSNSN23224PeemmmsmmNVTTSSfXSSSSSS234PemsNVTfX12XXX電磁轉(zhuǎn)矩：運行區(qū)域： SVc時才有電流時才有電流 ip， C1越大越大Vc脈動越小，但電源脈沖電流脈動越小，但電源脈沖電流i1寬度更窄、更尖，畸變更大寬度更窄、更尖，畸變更大第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用

12、 279.6.1 9.6.1 含升壓（含升壓（BoostBoost）型功率因數(shù)校正器的高頻整流）型功率因數(shù)校正器的高頻整流( (續(xù)續(xù)) ) 1、可實現(xiàn)輸入電流、可實現(xiàn)輸入電流is的波形與交流電源電壓的波形與交流電源電壓vs的波形同相的波形同相-功率因數(shù)為功率因數(shù)為12、電壓閉環(huán)可保證輸出電壓、電壓閉環(huán)可保證輸出電壓Vo為恒定指令值為恒定指令值 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 289.6.1 9.6.1 含升壓（含升壓（BoostBoost）型功率因數(shù)校正器的高頻整流）型功率因數(shù)校正器的高頻整流( (續(xù)續(xù)) ) 1、輸入電流連續(xù)，諧波頻率高，輸入電流連續(xù)，諧波頻率高， EMI小

13、小 主要優(yōu)點：主要缺點：2、輸入電感可減少對輸入濾波器的要求，可防止電網(wǎng)對主電路高頻輸入電感可減少對輸入濾波器的要求，可防止電網(wǎng)對主電路高頻瞬態(tài)沖擊瞬態(tài)沖擊 3、開關器件的電壓不超過輸出電壓值開關器件的電壓不超過輸出電壓值 輸入、輸出間沒有絕緣隔離輸入、輸出間沒有絕緣隔離第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 299.6.2 9.6.2 帶反激式功率因數(shù)校正器的高頻整流帶反激式功率因數(shù)校正器的高頻整流 1、反激變換器工作在不連續(xù)導電模式（反激變換器工作在不連續(xù)導電模式（DCM）2、反激變換器基本工作原理反激變換器基本工作原理特點：電源與負載有變壓器隔離電源與負載有變壓器隔離 第9章

14、多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 309.6.3 9.6.3 電池充電電源電池充電電源 1、恒流（限壓）充電階段恒流（限壓）充電階段 兩個充電階段：2、恒壓（限流）充電階段恒壓（限流）充電階段 為了消除各單體電池端電壓不平衡現(xiàn)象，通過提升電池充電端電壓到稍為了消除各單體電池端電壓不平衡現(xiàn)象，通過提升電池充電端電壓到稍高于浮充電壓值的均充電壓，而使充電不足的電池容量得到補足高于浮充電壓值的均充電壓，而使充電不足的電池容量得到補足第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 319.6.3 9.6.3 電池充電電源電池充電電源( (續(xù)續(xù)) ) 1、恒流（限壓）充電階段恒流（限壓）充電階

15、段 ： VVRef ， V2下降，下降，D2導通，導通， D1阻斷，阻斷，電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器IR退出調(diào)節(jié)作用，電壓調(diào)節(jié)器退出調(diào)節(jié)作用，電壓調(diào)節(jié)器VR工作工作兩個充電階段：第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 329.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合

16、型電力電子變換電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 33熒光燈熒光燈- -電子鎮(zhèn)流器照明電源電子鎮(zhèn)流器照明電源 1、白熾燈：熱光源，電一光轉(zhuǎn)換效率很低白熾燈：熱光源，電一光轉(zhuǎn)換效率很低 照明方式：白熾燈與熒光燈差異：2、熒光燈：冷光源，熒光燈：冷光源， 50HZ電源供電時電一光轉(zhuǎn)換效率也比鎢絲熾電源供電時電一光轉(zhuǎn)換效率也比鎢絲熾熱發(fā)光效率高熱發(fā)光效率高3-4倍倍3、 LED：節(jié)能效果非常顯著：節(jié)能效果非常顯著1、電阻溫度系數(shù)為正值、電阻溫度系數(shù)為正值2、電阻溫度系數(shù)為負值、電阻溫度系數(shù)為負值-必須加入鎮(zhèn)流器必須加入鎮(zhèn)流器第9章 多

17、級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 34熒光燈熒光燈- -電子鎮(zhèn)流器照明電源電子鎮(zhèn)流器照明電源( (續(xù)續(xù)) ) 1、串聯(lián)一個穩(wěn)流電感（壓降串聯(lián)一個穩(wěn)流電感（壓降VL遠大于燈光壓降遠大于燈光壓降VR），電容），電容CS是用來補償是用來補償功率因數(shù)，小電容功率因數(shù)，小電容C1用于降低起動過程中的過壓和無線電干擾用于降低起動過程中的過壓和無線電干擾 2、雙金屬片開關雙金屬片開關K1（起輝器）在常溫下閉合。合上開關（起輝器）在常溫下閉合。合上開關K后，電源經(jīng)電感后，電源經(jīng)電感L和和K1形成回路，使形成回路，使K1發(fā)熱迅速斷開電路，發(fā)熱迅速斷開電路，L感應高壓反電勢加在燈管兩個感應高壓反電勢加在燈管

18、兩個電極之間使氣體開始放電，點燃燈投入工作。正常工作時電極溫度高使電極之間使氣體開始放電，點燃燈投入工作。正常工作時電極溫度高使K1保保持斷開狀態(tài)。一旦斷開電源開關持斷開狀態(tài)。一旦斷開電源開關K，K1恢復到閉合狀態(tài)?；謴偷介]合狀態(tài)?；驹恚旱?章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 35熒光燈熒光燈- -電子鎮(zhèn)流器照明電源電子鎮(zhèn)流器照明電源( (續(xù)續(xù)) ) 電感作鎮(zhèn)流器缺點：采用采用50HZ電源供電，電源供電，L值比較大，燈管電流在半個電源周期脈動一次值比較大，燈管電流在半個電源周期脈動一次高頻電子鎮(zhèn)流器：燈管供電電壓的頻率為燈管供電電壓的頻率為20-25kHz，在相同的電抗時，可顯著

19、地減小電，在相同的電抗時，可顯著地減小電子鎮(zhèn)流器的重量、體積。且電源電流正弦性好，功率因數(shù)接近于子鎮(zhèn)流器的重量、體積。且電源電流正弦性好，功率因數(shù)接近于1.0第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 369.1 變速恒頻交流發(fā)電系統(tǒng) 9.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 9.3 晶閘管相控整流有源逆變的直流輸電系統(tǒng) 9.4 交流異步電動機變頻變速傳動系統(tǒng) *9.5 AC/DCDC/AC恒壓、橫頻（CVCF）不間斷電源UPS9.6 帶功率因數(shù)校正（APFC）的開關電源和充電電源 9.7 熒光燈-電子鎮(zhèn)流器照明電源 9.8 感應加熱電源、電焊和電磁灶電源 第九章第九章 多級開關電路組合型電力電子變換

20、電源的應用多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 379.8.1 9.8.1 感應加熱電源感應加熱電源加熱原理：線圈中注入中頻電流，產(chǎn)生中頻交變磁場，在金屬部件中感應中頻渦線圈中注入中頻電流，產(chǎn)生中頻交變磁場，在金屬部件中感應中頻渦流；金屬部件電阻耗損在金屬部件內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱能流；金屬部件電阻耗損在金屬部件內(nèi)部轉(zhuǎn)化為熱能加熱電源：晶閘管逆變器為中頻諧振式逆變器，輸出頻率跟蹤感應加熱線圈和晶閘管逆變器為中頻諧振式逆變器，輸出頻率跟蹤感應加熱線圈和C構(gòu)成的諧振頻率構(gòu)成的諧振頻率fr（一般逆變器的輸出頻率（一般逆變器的輸出頻率f略高于諧振頻率略高于諧振頻率fr，為晶，為晶閘管提供負載換流的條件）閘管提供負載換流的條件）第9章 多級開關電路組合型電力電子變換電源的應用 389.8.2 9.8.2 高頻電焊電源高頻電焊電源普通電焊機：將電網(wǎng)將電網(wǎng)50Hz交流電經(jīng)變壓器降壓再整流成低壓（如交流電經(jīng)變壓器降壓再整流成低壓（如50V）直流作電焊）直流作電焊電源：重量、體積大，焊接特性調(diào)控不理想電源：重量、體積大，焊接特性調(diào)控不理想 高頻電焊機：采用采用AC/DC一一DC/AC一一AC/DC三級變換；用中頻變壓器取代了三級變換；用中頻變壓器取代了50Hz工頻變壓器，故重量輕、體積小；高